JP2022517568A - A device that quantifies biological components dispersed in a fluid - Google Patents

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Abstract

流体中の生体成分3、3’、3’’を定量化する装置100であって、検出電極4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’及び基準電極7、7’、8、8’を有する測定セル1と、入力信号の生成、インペディメトリック測定、出力信号の増幅、及びユーザ・インターフェースとの通信用の電子ユニット201と、時間内に変調され得る該当する勾配を伴う磁場の発生用の手段101、102、103であって、前記磁化手段が、測定セルに格納されているコンセントレータ10、10’、10’’、14、14’、14’’、15と相まって、溶液の残りの部分からの定量化対象の成分3、3’、3’’の分離、及び検出電極4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’上のそれらの集中を起こすことができる磁場を発生させるように構成されている、手段101、102、103とを有する装置100。A device 100 for quantifying biological components 3, 3', 3'' in a fluid, wherein the detection electrodes 4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', Measurement cell 1 with 94, 94', 184, 184', 194, 194' and reference electrodes 7, 7', 8, 8', and input signal generation, impedimetric measurement, output signal amplification, and user. Electronic unit 201 for communication with the interface and means 101, 102, 103 for generating a magnetic field with a corresponding gradient that can be modulated in time, said magnetizing means stored in the measurement cell. Separation of components 3, 3', 3'' to be quantified from the rest of the solution, and detection electrode 4 coupled with concentrators 10, 10', 10'', 14, 14', 14'', 15. A magnetic field capable of causing their concentration on 4,', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194'. Device 100 with means 101, 102, 103 configured to generate.

Description

本発明は、生体流体(血液、尿、唾液、汗など)の試料や、生体固形物(糞便など)から抽出された流体の試料中に分散している生体的、細胞的、非細胞的な成分を定量化(数量化)する装置に関するものである。 The present invention is biological, cellular, or acellular particles dispersed in a sample of a biological fluid (blood, urine, saliva, sweat, etc.) or a fluid sample extracted from a biological solid substance (feces, etc.). It relates to an apparatus for quantifying (quantifying) a component.

この定量化は、対象となる成分を試料の残りの部分から磁気泳動で分離し集中(集結)させ、これらの成分の量をインペディメトリで検出することで行われる。本明細書の目的では、「細胞生体成分」又は単に「細胞成分」とは、細胞よりも大きい又は同等の大きさの生体小体を意味し、例えば血球(赤血球、白血球、血小板など)、尿に含まれる小体、細菌などの病原体、特定の寄生虫の卵などが挙げられる。「非細胞生体成分」又は単に「非細胞成分」とは、細胞よりも体積が小さく、個々の分子よりも体積が大きい生体由来の小体と理解される。そのような非細胞成分とは、例えばマラリア原虫が感染した赤血球内で生成するヘモゾイン結晶のように、特定の病理学的条件下で発現する特定の物質の結晶であり得る。 This quantification is performed by separating the components of interest from the rest of the sample by magnetophoresis, concentrating (aggregating) them, and detecting the amount of these components by impedimetry. For the purposes of this specification, "cell biocomponent" or simply "cell component" means a biobody that is larger or equivalent in size than a cell, eg, blood cells (erythrocytes, leukocytes, platelets, etc.), urine. Examples include small bodies contained in, pathogens such as bacteria, and eggs of specific parasites. A "non-cellular biological component" or simply a "non-cellular component" is understood to be a living body-derived body that is smaller in volume than a cell and larger in volume than an individual molecule. Such non-cellular components can be crystals of specific substances expressed under specific pathological conditions, such as hemozoin crystals produced in red blood cells infected with Plasmodium malaria.

通常、本発明の装置は、流体中に分散している生体成分のうち、それらが懸濁している媒質に応じて様々な磁気特性を持つものをすべて定量化することを目的としている。本明細書の目的では、このカテゴリは、例えば病理学的条件による特定の形質転換の後に、生理学的条件下で相手からの磁気泳動分離を可能にする特異な磁気挙動を呈する生体成分を有すると規定されている。より具体的には、本発明は、生体流体(血液、尿、汗、唾液など)又は固体生体試料(糞便など)から抽出された流体中に分散している1つ又は複数の細胞及び非細胞生体成分を、前記成分の磁気特性と対象ではない他の成分の磁気特性との間の差異を利用して、空間的に分離し集中させることを可能にし、予見する装置に関するものである。分離及び集中が行われた後、本発明の装置では、集中ゾーンに近接して設置された2つ以上の電極間のインピーダンス変化を測定することで、このような細胞及び非細胞の生体成分の定量化が行われると考えられる。 Usually, the apparatus of the present invention aims to quantify all biological components dispersed in a fluid having various magnetic properties depending on the medium in which they are suspended. For the purposes of the present specification, this category is said to have biological components exhibiting unique magnetic behavior that allows electrophoretic separation from the counterpart under physiological conditions, eg, after certain transformations due to pathological conditions. It is stipulated. More specifically, the present invention is one or more cells and non-cells dispersed in a fluid extracted from a biological fluid (blood, urine, sweat, saliva, etc.) or a solid biological sample (feces, etc.). It relates to a device that makes it possible to spatially separate and concentrate a biological component by utilizing the difference between the magnetic property of the component and the magnetic property of another non-target component, and foresee. After separation and concentration, the apparatus of the present invention measures the impedance change between two or more electrodes placed close to the concentration zone to obtain such cellular and non-cellular biological components. It is believed that quantification will take place.

例として、本発明の装置の応用分野の1つは、感染した糞便中の寄生虫の卵(例えばシストソーマ・マンソニ)の検出及び定量化に使用するような方法で実施及び実現することができ、この場合、これらの卵は、それらを再懸濁することができる水溶液の典型的な反磁性挙動とは異なる常磁性挙動を有する(S. Karl et al.、PLOS Neglected Tropical Diseases、 7(5)、 2219頁 (2013))。 As an example, one of the application areas of the apparatus of the present invention can be implemented and realized in a manner such as that used for the detection and quantification of parasite eggs (eg, cystosoma mansoni) in infected feces. In this case, these eggs have paramagnetic behaviors that differ from the typical diamagnetic behaviors of aqueous solutions capable of resuspending them (S. Karl et al., PLOS Infected Tropical Diseases, 7 (5)). , 2219 (2013)).

本発明のもう1つの応用分野は、1つ又は複数の種類の血液細胞成分の磁気特性の変形形態を引き起こす、且つ/又は血漿とは異なる磁気特性を持つ物質の形成を引き起こす、すべての病態の診断に関するものであり、前記物質は生理的条件下では存在せず、又は異なる濃度で存在する。特に、赤血球の磁気特性の変形形態を引き起こす病態としては、マラリアや中毒によるメトヘモグロビン血症の増加などが知られている。例えばマラリアの場合、マラリアの病原体であるマラリア原虫は、前述したように、ヘモゾインと呼ばれ、常磁性体である、特定の物質を生成することが知られている。特に、ヘモゾインは、感染した赤血球に蓄積される結晶の形で生成され、その結晶が分散している媒体、すなわち血漿に対して常磁性を示す。さらに、マラリアの非初期段階では、感染した赤血球の膜が破壊され、ヘモゾインの結晶が血漿中に放出されるが、この結晶は代わりに反磁性を帯びている。さらに、血液中の細胞成分の磁気特性が変化するのではなく、逆に、その密度が変化する病態も知られている。鎌状赤血球貧血はそのタイプの一例で、赤血球の反磁性が変わらなくても、密度が変化する。この場合、例えば血漿にガドリニウムなどの強常磁性体を添加することによって、赤血球と血漿に添加されたガドリニウム溶液との磁気的な差と、病的な赤血球と健康な赤血球との密度の差を利用して、分離を行い、したがって、病的な赤血球の計数を行うことが考えられ得る。 Another area of application of the invention is for all pathologies that cause a modified form of the magnetic properties of one or more types of blood cell components and / or cause the formation of substances with magnetic properties different from plasma. For diagnostic purposes, the substance is absent under physiological conditions or is present in different concentrations. In particular, as a pathological condition that causes a deformed form of the magnetic properties of erythrocytes, an increase in methemoglobinemia due to malaria or poisoning is known. For example, in the case of malaria, Plasmodium malaria, which is the pathogen of malaria, is known to produce a specific substance called hemozoin, which is a paramagnetic substance, as described above. In particular, hemozoin is produced in the form of crystals that accumulate in infected erythrocytes and exhibits paramagnetism with respect to the medium in which the crystals are dispersed, namely plasma. In addition, in the non-early stages of malaria, the membrane of infected red blood cells is destroyed and hemozoin crystals are released into plasma, which are instead diamagnetic. Furthermore, it is also known that the magnetic properties of cellular components in blood do not change, but on the contrary, their densities change. Sickle cell anemia is an example of this type, where the density changes even if the diamagnetism of the red blood cells does not change. In this case, for example, by adding a strong magnetic substance such as gadolinium to plasma, the magnetic difference between erythrocytes and the gadolinium solution added to plasma and the difference in density between morbid erythrocytes and healthy erythrocytes can be obtained. It may be conceivable to utilize and perform isolation and thus count pathogenic red blood cells.

最先端では、血液中の細胞成分を分離する技術が知られているが、これは生理学的及び病理学的条件下での細胞成分の様々な磁気的挙動に基づくものである。特に、米国特許第5985153号には、基板、外部磁場発生装置、及び血液の取り込み及び取り出しのためのマイクロ流体システムを含む、細胞又は他の磁気感受性生物学的実体の分離のためのデバイスが記載されている。代わりに、米国特許第0127222号には、チップ上に形成された強磁性体構造によって引き付けられ、外部磁場中に置かれ得るように、あらかじめ磁性体粒子で印付けられた細胞を固定化するための汎用システムが記載されている。国際公開第2010/091874号には、磁気管で構成された特定の強磁性構造体が記載されており、磁区壁が配置されている特定の場所に磁性粒子を引き付けることができる。上述したすべての先行技術文献や、参考文献に記載されている科学文献の一部「S. Bhakdi et al.、Optimized high gradient magnetic separation for isolation of Plasmodium-infected red blood cells、 Malaria Journal 2010年、9、38」、「J. Nam et al.、Magnetic Separation of Malaria-Infected Red Blood Cells in Various Developmental Stages、 Anal. Chem.、 85、 7316~7323頁 (2013)」、「Ki-Ho Han and A. Bruno Frazier、 Paramagnetic capture mode magnetophoretic microseparator for high efficiency blood cell separations、 Lab Chip、 6、 265~273頁 (2006)」では、血液の試料の残りの部分から対象となる成分を磁気泳動分離することのみが記載されており、そのような成分の数を検出することについては言及されていない。 At the cutting edge, techniques for separating cellular components in blood are known, which are based on various magnetic behaviors of cellular components under physiological and pathological conditions. In particular, US Pat. No. 5,985,153 describes a device for the separation of cells or other magnetically sensitive biological entities, including a substrate, an external magnetic field generator, and a microfluidic system for blood uptake and removal. Has been done. Instead, US Pat. No. 0127222 aims to immobilize cells pre-marked with magnetic particles so that they can be attracted by a ferromagnetic structure formed on the chip and placed in an external magnetic field. General-purpose system is described. International Publication No. 2010/091874 describes a particular ferromagnetic structure composed of magnetic tubes, which can attract magnetic particles to a particular location where the domain wall is located. All the prior art documents mentioned above and some of the scientific literature described in the bibliography "S. Bakdi et al., Optimized high magnetic separation for isolation for Isolation of Plasmodium-infected red blood cell 20 years. , 38 ”,“ J. Nam et al., Magnetic Separation of Malaria-Infected Red Blood Cells in Various Developental Stages, Anal. Chem., pp. 85, 7316-73 Bruno Frazier, Paramagnetic catalog mode magnetophoretic microseparator for high efficacy blood cell separations, Lab Chip, 266-27 It has been described and no mention is made of detecting the number of such components.

米国特許出願公開第2012/0003687号や科学出版物「E. Du.、 et al.、 Electric Impedance Microflow Cytometry for Characterization of Cell Disease States、 Lab Chip. 2013年10月7日、 13(19)、 3903~3909頁」や「M.、 et al. Ibrahim、 J. Claudel、 D. Kourtiche and M. Nadi、 Geometric parameters optimization of planar interdigitated electrodes for bioimpedance spectroscopy、 J Electr Bioimp、 vol.4、 13~22頁、 2013年」には、代わりに、細胞成分のインペディメトリック定量化の技法が記載されている。しかし、これらの技法は、磁気泳動による分離及び集中と組み合わせて使用されたことはない。インペディメトリック検出では、分離された成分の正しい定量を保証するのに十分な出力信号の信号対雑音比を得るために、電極近傍の成分の体積分率が十分に高いことが必要である。この集中は、通常、血液流体の動きを目的としたマイクロ流体技法を用いて得られるが、この技法はシステムの複雑さの度合いをかなり高め、専門家ではないユーザ、例えば患者自身が使用するには適していない。提案された装置は、マイクロ流体の動きによる分離の代わりに、検出電極が配置された測定セルの領域に対象となる成分を磁気的に集中させて分離するシステムによって、これらの困難を克服しようとするものである。 U.S. Pat. - pp. 3909 "and" M., et al. Ibrahim, J. Claudel, D. Kourtiche and M. Nadi, Geometric parameters optimization of planar interdigitated electrodes for bioimpedance spectroscopy, J Electr Bioimp, vol.4, 13 ~ 22 pages, "2013" instead describes techniques for impedimetric quantification of cellular components. However, these techniques have never been used in combination with magnetic separation and concentration. Impedimetric detection requires that the volume fraction of the components near the electrodes be sufficiently high to obtain a signal-to-noise ratio of the output signal sufficient to ensure correct quantification of the separated components. This concentration is usually obtained using a microfluidic technique aimed at the movement of blood fluid, which significantly increases the complexity of the system and is suitable for use by non-expert users, such as the patient himself. Is not suitable. The proposed device attempts to overcome these difficulties by magnetically concentrating and separating the components of interest in the area of the measurement cell where the detection electrodes are located, instead of separating by motion of the microfluidics. It is something to do.

また、1つ又は複数のタイプの血液成分の磁気特性の変化を引き起こすすべての病態の診断に関しては、測定を行うために、専門家ではないユーザが、採取したばかりで、任意に希釈され、抗凝固剤で処理された血液を前記セルの特別な支持体上に滴下し、次にコンセントレータ要素と電極が格納(収容)された前記セルの基板に接触させ、今度は重力の成分がコンセントレータに向かう磁気吸引力に対抗するように外部磁場内に配置することができる。測定セルは、基板と支持体を適切な距離に配置した組み立て済みの測定セルとすることもでき、オプションとして、血液の希釈と抗凝固のみを実施し、測定セル内で移動する、前投与流体を有するマイクロ流体システムと統合することもできる。本発明の装置の測定セルは、たとえこの実施例が磁気泳動とインペディメトリック検出によってのみ分離が行われることを予見する実施例よりも複雑になるとしても、試料の希釈と移動の機能だけでなく、成分の同じ分離のために機能的な血液の動きを行うマイクロ流体システムとさらに統合できることは明らかである。血液の採取量が約10マイクロリットル程度の場合、コンセントレータからの最大距離が20~200マイクロメートルで対象となる成分の捕捉が行われると仮定すると、基板上の捕捉のための有効面積の寸法は、1cm程度でなければならず、特に0.1~5cmでなければならない。支持体と、したがって測定セルも、ほぼ同じ寸法でなければならない。このような有効面積の値では、十分な信号対雑音比を確保するために、対象となる成分の高濃度が必要となる。ここでより明確に説明されるように、この集中は、成分が基板と平行に滑らず、すべての成分が捕捉されていると仮定した場合、定量化対象の成分を含む液滴が閉じ込められている基板の有効面積と、検出電極で画定される面積との比で与えられる、いわゆる集中係数Fで定量化することができる。出力信号の信号対雑音比を十分に確保するためには、集中係数Fは少なくとも100程度であることが好ましい。 Also, for the diagnosis of all pathologies that cause changes in the magnetic properties of one or more types of blood components, a non-expert user has just collected, arbitrarily diluted, and anticoagulant to make measurements. Blood treated with a coagulant is dropped onto a special support of the cell and then brought into contact with the cell substrate in which the concentrator element and electrodes are housed (contained), this time the component of gravity is directed towards the concentrator. It can be placed in an external magnetic field to counteract the magnetic attraction. The measurement cell can also be a pre-assembled measurement cell with the substrate and support placed at appropriate distances, optionally with pre-administration fluid that only performs blood dilution and anticoagulation and moves within the measurement cell. It can also be integrated with a microfluidic system that has. The measurement cell of the apparatus of the present invention is solely the function of sample dilution and transfer, even if this embodiment is more complex than the embodiment that predicts that separation will be performed only by magnetophoresis and impedimetric detection. It is clear that it can be further integrated with microfluidic systems that perform functional blood movements for the same separation of components. Assuming that when the blood collection volume is about 10 microliters and the maximum distance from the concentrator is 20 to 200 micrometers and the capture of the target component is performed, the size of the effective area for capture on the substrate is. It should be about 1 cm 2 and in particular 0.1-5 cm 2 . The support and therefore the measuring cell must be about the same size. With such an effective area value, a high concentration of the target component is required in order to secure a sufficient signal-to-noise ratio. As explained more clearly here, this concentration traps droplets containing the component to be quantified, assuming that the components do not slide parallel to the substrate and all components are captured. It can be quantified by the so - called concentration coefficient FC given by the ratio of the effective area of the substrate to the area defined by the detection electrode. In order to sufficiently secure the signal-to - noise ratio of the output signal, the concentration coefficient FC is preferably at least about 100.

米国特許第5985153号U.S. Pat. No. 5,985,153 米国特許第0127222号U.S. Pat. No. 0127222 国際公開第2010/091874号International Publication No. 2010/091874 米国特許出願公開第2012/0003687号U.S. Patent Application Publication No. 2012/0003687

S. Karl et al.、 PLOS Neglected Tropical Diseases、 7(5)、 2219頁 (2013)S. Karl et al. , PLOS Selected Tropical Devices, 7 (5), p. 2219 (2013) S. Bhakdi et al.、 Optimized high gradient magnetic separation for isolation of Plasmodium-infected red blood cells、 Malaria Journal 2010年、 9、38S. Bhakdi et al. , Optimized high gradient separation for isolation of Plasmodium-infected red blood cells, Malaria Journal 2010, 9, 38 J. Nam et al.、 Magnetic Separation of Malaria-Infected Red Blood Cells in Various Developmental Stages、 Anal. Chem.、 85、 7316~7323頁 (2013)J. Nam et al. , Magnetic Separation of Malaria-Infected Red Blood Cells in Various Developmental Stages, Anal. Chem. , 85, pp. 7316-7323 (2013) Ki-Ho Han and A. Bruno Frazier、 Paramagnetic capture mode magnetophoretic microseparator for high efficiency blood cell separations、 Lab Chip、 6、 265~273頁 (2006)Ki-Ho Han and A. Bruno Frazier, Paramagnetic capital mode magnetophoretic microseparator for high efficiency blood cell separations, Lab Chip, pp. 6, 265-27 E. Du.、 et al.、 Electric Impedance Microflow Cytometry for Characterization of Cell Disease States、 Lab Chip. 2013年10月7日、 13(19)、 3903~3909頁E. Du. , Et al. , Electrical Impedance Microflow Cytometry for characterization of Cell Disease States, Lab Chip. October 7, 2013, 13 (19), pp. 3903-3909 M.、 et al. Ibrahim、 J. Claudel、 D. Kourtiche and M. Nadi、 Geometric parameters optimization of planar interdigitated electrodes for bioimpedance spectroscopy、 J Electr Bioimp、 vol. 4、 13~22頁、 2013年M. , Et al. Ibrahim, J. Mol. Claudel, D.M. Kourtiche and M.K. Nadi, Geometry parameters optimization of planar interdictated electrodes for bioimpedance spectroscopy, J Electroimp, vol. 4, pp. 13-22, 2013 M. Giacometti et al. APPLIED PHYSICS LETTERS 113、 203703 (2018)M. Giacometti et al. APPLIED PHYSICS LETTERS 113, 203703 (2018) K. Han and A. B. Frazier、 J. Appl. Phys. 96(10)、 5797頁 (2004)K. Hand and A. B. Frazier, J.M. Apple. Phys. 96 (10), p. 5797 (2004)

それゆえ、本発明の目的は、5~500μL(血液の場合は5~50μL)の液体中に分散している対象成分を定量化することができ、1μL当たり数10成分までの生体細胞成分及び非細胞成分を下限濃度で検出できるような信号対雑音比の出力信号を生成する装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to be able to quantify the target component dispersed in a liquid of 5 to 500 μL (5 to 50 μL in the case of blood), and a biological cell component up to several tens of components per 1 μL. It is an object of the present invention to provide an apparatus for generating an output signal having a signal-to-noise ratio so that non-cellular components can be detected at a lower limit concentration.

この目的は、本発明の装置によって達成され、この装置は、
- 検出電極と基準電極を有する測定セルと、
- 入力信号の生成、インペディメトリック測定、出力信号の増幅、及びユーザ・インターフェースとの通信を行う電子ユニットと、
- 経時的に変調することができる適切な勾配を有する磁場を発生させる手段であって、前記磁化手段は、測定セルに格納されたコンセントレータと組み合わせて、定量化される成分を溶液の残りの部分から分離し、検出電極上に集中させることができる磁場を発生させるように構成されている、手段と
を有する。
This object is achieved by the apparatus of the present invention, which is:
-A measurement cell with a detection electrode and a reference electrode,
-Electronic units that generate input signals, make impedimetric measurements, amplify output signals, and communicate with user interfaces.
-A means of generating a magnetic field with an appropriate gradient that can be modulated over time, said magnetizing means, in combination with a concentrator stored in a measuring cell, the rest of the solution to be quantified components. It has means that are configured to generate a magnetic field that can be separated from and concentrated on the detection electrode.

本発明の装置は、さらに、生体流体試料の希釈及び測定セル内の移動を実行する、前投与流体を有するマイクロ流体システムを有することができる。この目的のために、今度は、マイクロ流体システムは、
- カートリッジにおける流体試料の採取及び前投与流体による希釈用の手段と、
- 測定セル内への希釈された流体試料の移動用の手段と
を有する。
The apparatus of the present invention can further have a microfluidic system with a pre-administration fluid that performs dilution of the biofluid sample and movement within the measurement cell. For this purpose, in turn, the microfluidic system,
-Means for collecting fluid samples in cartridges and diluting with premedicated fluids,
-Has a means for moving the diluted fluid sample into the measurement cell.

今度は、測定セルは、
- 複数の検出電極と、
- 少なくとも1つのコンセントレータであって、前記少なくとも1つのコンセントレータは、定量化対象の成分を磁気的に引き付け、前記成分を検出電極上に集中させるように構成され、前記検出電極は、前記少なくとも1つのコンセントレータに近接して置かれている、少なくとも1つのコンセントレータと、
- 少なくとも1つの基準電極対、好ましくは検出電極対ごとに1つの基準電極対であって、前記基準電極は前記少なくとも1つのコンセントレータに近接しないように置かれている、少なくとも1つの基準電極対と、
- 検出電極、基準電極、及びコンセントレータを格納するように構成された基板であって、前記基板が、前記セルの外側を向く第1の表面及び前記セルの内側を向く第2の表面を有する、基板と、
- 前記セルの外部に向く第1の表面及び前記セルの内部に向くとともに基板の第2の表面に対向している第2の表面を有する支持体と、
- 試料を閉じ込め、前記支持体から前記基板を遠ざけるように構成された、少なくとも1つのスペーサ要素と、
- セルを格納し、電極間の電気的接触を形成するように構成された機械的ハウジングと、
- 外部の電子ユニットと接続するための電子ボードと
を有する。
This time, the measurement cell is
-Multiple detection electrodes and
-At least one concentrator, wherein the at least one concentrator is configured to magnetically attract the component to be quantified and concentrate the component on the detection electrode, and the detection electrode is the at least one. With at least one concentrator located in close proximity to the concentrator,
-With at least one reference electrode pair, preferably one reference electrode pair per detection electrode pair, wherein the reference electrode is placed away from the at least one concentrator. ,
-A substrate configured to house a detection electrode, a reference electrode, and a concentrator, wherein the substrate has a first surface facing the outside of the cell and a second surface facing the inside of the cell. With the board
-A support having a first surface facing the outside of the cell and a second surface facing the inside of the cell and facing the second surface of the substrate.
-With at least one spacer element configured to confine the sample and keep the substrate away from the support.
-With a mechanical housing configured to house the cell and form electrical contact between the electrodes,
-Has an electronic board for connecting to an external electronic unit.

前記少なくとも1つのコンセントレータは、基板上に配置され、検出電極に配置されたシリンダや平行六面体や他の形状の要素とすることができ、強磁性材料でできている。コンセントレータは、定量化対象の成分を引き寄せる、強い局所磁場勾配を発生させ、その成分を、前記コンセントレータに近接して、それにより、検出電極に近接して集中させる。このように、コンセントレータと検出電極の両方のサイズを適切に調整することで、十分な信号対雑音比を得るために必要な値まで集中係数を高めることができる。 The at least one concentrator can be a cylinder, a parallelepiped or other shaped element placed on the substrate and placed on the detection electrode and is made of a ferromagnetic material. The concentrator produces a strong local magnetic field gradient that attracts the component to be quantified, concentrating the component in close proximity to the concentrator and thereby close to the detection electrode. In this way, by appropriately adjusting the sizes of both the concentrator and the detection electrode, the concentration coefficient can be increased to the value required to obtain a sufficient signal-to-noise ratio.

検出電極はコンセントレータ要素に近接して置かれているが、基準電極はコンセントレータ要素に近接しないように置かれている。言い換えれば、基準電極は前記コンセントレータのない領域に配置される。本明細書の目的では、「検出電極がコンセントレータに近接して配置されている」とは、検出電極がコンセントレータに対して、基板に垂直な方向の距離が5μmを超えないように配置されており、検出電極の基板平面上の射影が、前記基板平面上のコンセントレータの射影内に含まれるか、又は、基板平面上のコンセントレータの射影内に含まれないものの、電極の幅の2倍を超えない値に対して、幅(例えば、最大寸法)の方向に基板上のコンセントレータの射影から離れないことを意味する。「基準電極がコンセントレータに近接しないように配置されている」という表現は、その代わりに、基板上のコンセントレータの射影と基板上の検出電極の射影との間のコンセントレータの幅方向における距離が、コンセントレータの特有幅の少なくとも2倍に等しくなるように、検出電極がコンセントレータに対して配置されていることを意味する。 The detection electrode is placed close to the concentrator element, while the reference electrode is placed away from the concentrator element. In other words, the reference electrode is placed in the area without the concentrator. For the purposes of the present specification, "the detection electrode is arranged close to the concentrator" means that the detection electrode is arranged so that the distance in the direction perpendicular to the substrate with respect to the concentrator does not exceed 5 μm. , The projection of the detection electrode on the substrate plane is included in the projection of the concentrator on the substrate plane, or is not included in the projection of the concentrator on the substrate plane, but does not exceed twice the width of the electrode. It means that it does not depart from the projection of the concentrator on the substrate in the direction of the width (eg, maximum dimension) with respect to the value. The phrase "the reference electrode is placed away from the concentrator" is instead the distance in the width direction of the concentrator between the projection of the concentrator on the substrate and the projection of the detection electrode on the substrate. It means that the detection electrode is arranged with respect to the concentrator so that it is equal to at least twice the unique width of.

このようにして、別々の成分が検出電極上に選択的に蓄積されるが、基準電極上には蓄積されないため、基準電極間に記録され得るスプリアス・インピーダンスに対して、検出電極間のインピーダンスが特定の変化を起こす。そのため、インペディメトリック定量化システムの出力信号は、検出電極間に記録されたインピーダンス変化と、基準電極間に記録されたインピーダンス変化との差に比例する。この出力信号から、プロセッサを使って適切な較正曲線と比較することで、対象となる成分の数、又は同じように、集中を推定することができる。 In this way, the separate components are selectively accumulated on the detection electrode, but not on the reference electrode, so that the impedance between the detection electrodes is higher than the spurious impedance that can be recorded between the reference electrodes. Make certain changes. Therefore, the output signal of the impedimetric quantification system is proportional to the difference between the impedance change recorded between the detection electrodes and the impedance change recorded between the reference electrodes. From this output signal, the number of components of interest, or similarly, the concentration can be estimated by comparing it with an appropriate calibration curve using a processor.

磁場の発生手段は、コンセントレータ要素を格納した基板において、磁場及び相対的な勾配の変調を実現するように構成されており、つまり、コンセントレータの飽和磁場の約10%に相当する最小値から、磁気コンセントレータの飽和磁場よりも高くなければならない最大値まで、磁場強度の時間におけるバラツキ(時間変動)を生み出すことができる。詳しくは後述するが、磁化手段が永久磁石で作られている場合、この変調は、磁石の基板に近付く/基板から遠ざかるという直線運動によって単純に得ることができる。特に、磁石を基板に近接させると成分が捕捉されるが、磁石を遠ざけると成分がコンセントレータ及び電極から脱離する。液体の抵抗値よりも大きな抵抗値を持つ成分の場合、接近段階では、検出電極の端で測定される抵抗値が特有の時間τで正の増加を示す。一方、磁石が急に遠ざかると、抵抗値は、別の特有の時間τで、成分の脱離時の初期値に戻る。基板上の磁場の変調による選択的な捕捉と解放の活性化により、成分に関連するインピーダンス変化をより正確に測定することができる。このようにして、選択的な捕捉と解放の活性化により、磁石に近付く/磁石から遠ざかる移動に同期しない、偽のバラツキを簡単に特定することができ、成分に事実上対応するインピーダンス変化のより正確な測定値を得ることができ、背景とそれに対応するドリフトの向上した削除を得ることができる。 The magnetic field generating means is configured to realize magnetic field and relative gradient modulation in the substrate containing the concentrator element, that is, from a minimum value corresponding to about 10% of the saturated magnetic field of the concentrator. It is possible to create time variation in magnetic field strength up to a maximum value that must be higher than the saturated magnetic field of the concentrator. As will be described in detail later, when the magnetizing means is made of a permanent magnet, this modulation can be simply obtained by a linear motion of approaching / moving away from the substrate of the magnet. In particular, when the magnet is brought close to the substrate, the component is captured, but when the magnet is moved away, the component is desorbed from the concentrator and the electrode. For components with a resistance greater than the resistance of the liquid, the resistance measured at the end of the detection electrode shows a positive increase at the specific time τC at the approach stage. On the other hand, when the magnet suddenly moves away, the resistance value returns to the initial value at the time of desorption of the component at another peculiar time τR . Selective capture and release activation by modulation of the magnetic field on the substrate allows for more accurate measurement of component-related impedance changes. In this way, selective capture and release activation makes it easy to identify false variations that are not synchronized with the movement towards / away from the magnet, and more than the impedance change that effectively corresponds to the component. Accurate measurements can be obtained and the background and corresponding drift improved removal can be obtained.

真の信号と偽陽性による信号との比の増加に関連した試験の感度の向上、及び異なる血球の区別の可能性は、測定セルが水平面に対して、すなわち重力加速度ベクトルに垂直な平面に対して傾斜することができるという事実によってさらに保証される。 The increased sensitivity of the test associated with an increase in the ratio of the true signal to the signal due to false positives, and the possibility of distinguishing different blood cells, is that the measurement cell is relative to the horizontal plane, i.e. to the plane perpendicular to the gravitational acceleration vector. Further guaranteed by the fact that it can be tilted.

実際、成分が分散しているマトリックスからの成分の分離は、成分の特性、及び、重力加速度ベクトルと基板に直角な線との間に形成される角度αによって決まる様式による、重力と磁気引力との競合によって起こる。 In fact, the separation of components from the matrix in which they are dispersed depends on the characteristics of the components and the gravitational and magnetic attraction in a manner determined by the angle α formed between the gravitational acceleration vector and the line perpendicular to the substrate. Caused by conflict.

後述の例で明らかになるように、捕捉された成分の捕捉効率は、基板に直角な線と重力加速度ベクトルによって形成された角度αに応じて変化する。α=0°(図3a)の場合、すなわち測定セルが水平面に平行な場合、磁力Fは、重量力(mg)とアルキメデス力(F)、又はより一般的には浮力(F)の合力に反平行であるため、支持体上での成分の沈降を避け、代わりに上向きの動きを促進するためには、磁場発生手段によって作られた磁場の高い勾配が必要とされる。図3bに示すように、αが0°~90°の値の場合、磁力は、重量力とアルキメデス力の合力の、より一般的には重量力と浮力(F)の合力の、すなわち(mg+F)cosαの、垂線nに沿った射影のみを対比する必要がある。角度αを大きくすると、それを超えて与えられた成分の捕捉が起こる磁力の閾値が減少する。したがって、発生する磁場に影響を与えることなく、試料中の異なる成分の捕捉を区別するための最適な角度を選択することができる。このモードでは、成分は、垂直に対して角度を付けて配置されたチャンバ内で下方に落下するが、そのスライド運動中に、成分は基板に向かって引き寄せられ、コンセントレータの磁場を感知し、したがって捕捉される。極端な例は、α=90°の場合に得られ(図3c)、この場合、重量力と磁力は競合せず、直交軸に沿って作用する。成分は下方に落下するが、同時に、磁石の磁場によって基板に向かって水平方向に引き寄せられる。この構成では、異なる磁気モーメントを持つ成分を区別することを可能にするためのいかなる閾値はなく、あらゆる常磁性成分が基板に向かって引き寄せられる。しかし、垂直方向の落下運動から逸脱させる水平方向の引力の強さによって、捕捉できる成分の量が異なるため、捕捉効率が変わる。上述の理由により、測定セルは、前記セルの基板に垂直な線と重力加速度ベクトルとの間の角度αが0°~180°である傾斜位置に固定される。 As will be apparent in the examples below, the capture efficiency of the captured components varies depending on the angle α formed by the line perpendicular to the substrate and the gravitational acceleration vector. When α = 0 ° (FIG. 3a), that is, when the measuring cell is parallel to the horizontal plane, the magnetic force FM is the weight force (mg) and the Archimedes force (F b ), or more generally the buoyancy (F b ). Because it is antiparallel to the resultant force, a high gradient of the magnetic field created by the magnetic field generating means is required to avoid sedimentation of the components on the support and instead promote upward movement. As shown in FIG. 3b, when α is a value between 0 ° and 90 °, the magnetic force is the resultant force of the weight force and the Archimedes force, more generally the resultant force of the weight force and the buoyancy (F b ), that is, ( It is necessary to compare only the projection of mg + F b ) cos α along the perpendicular line n. Increasing the angle α reduces the threshold of magnetic force that causes the capture of a given component beyond that. Therefore, it is possible to select the optimum angle for distinguishing the capture of different components in the sample without affecting the generated magnetic field. In this mode, the component falls down in a chamber arranged at an angle to the vertical, but during its sliding motion, the component is drawn towards the substrate, sensing the magnetic field of the concentrator and therefore. Be captured. An extreme example is obtained when α = 90 ° (FIG. 3c), where the weight force and the magnetic force do not compete and act along the orthogonal axis. The components fall downwards, but at the same time are attracted horizontally towards the substrate by the magnetic field of the magnet. In this configuration, there is no threshold to allow the components with different magnetic moments to be distinguished, and any paramagnetic component is attracted towards the substrate. However, the amount of components that can be captured differs depending on the strength of the attractive force in the horizontal direction that deviates from the falling motion in the vertical direction, so that the capture efficiency changes. For the above reasons, the measurement cell is fixed at an inclined position where the angle α between the line perpendicular to the substrate of the cell and the gravitational acceleration vector is 0 ° to 180 °.

α>0°の場合の全体的な捕捉効率は、各コンセントレータに近接している捕捉容積内に存在する成分の局所捕捉だけでは決まらない。重力によって徐々に誘発される成分の下向きの滑り運動は、上記成分をコンセントレータに近接するように移行させ、それにより、それらが懸濁されている液体容積単位当たり捕捉された成分個数として定義された、捕捉効率の上昇を可能にする。重力によって誘発されるそれらの滑り運動中に有効捕捉面積上で成分を幾何学的に運ぶように、閉じ込めリングを形作るとともに、コンセントレータ及び電極の幾何学的形状を形作ることによって、それにより、捕捉効率がさらに高められ得る。 The overall capture efficiency when α> 0 ° is not determined solely by the local capture of components present in the capture volume in close proximity to each concentrator. Gravity-induced downward sliding of components is defined as the number of components captured per unit of liquid volume in which they are suspended, thereby migrating the components closer to the concentrator. , Allows an increase in capture efficiency. By shaping the confinement ring and the geometry of the concentrator and electrodes to geometrically carry the components on the effective capture area during their gravity-induced sliding motion, thereby capture efficiency. Can be further enhanced.

次に、本発明の第2の目的は、様々な成分を区別することができる、細胞成分及び非細胞成分を定量化する装置を提供することである。 Next, a second object of the present invention is to provide an apparatus for quantifying cellular and non-cellular components capable of distinguishing various components.

この目的のため、測定セルには、固定傾きの代わりに可変傾きがあるようにすることができ、本発明の装置は、この傾きを0°~180°にばらつかせるように構成されている機械的システムを有し得る。 For this purpose, the measuring cell can have a variable tilt instead of a fixed tilt, and the device of the present invention is configured to vary this tilt from 0 ° to 180 °. It may have a mechanical system.

言い換えれば、本発明の装置は、流体試料が集められている測定セルの基板に対する垂線と重力加速度ベクトルとの間に形成される角度αを0°~180°にばらつかせるように構成されている機械的システムを有し得る。 In other words, the apparatus of the present invention is configured to vary the angle α formed between the perpendicular to the substrate of the measuring cell in which the fluid sample is collected and the gravitational acceleration vector from 0 ° to 180 °. May have a mechanical system.

さらに、定量化対象の成分に特有である、上に述べたのと同じ磁場の時間変調並びに捕捉時間及び解放時間の当然の測定値でさえ、同じ捕捉された成分の性質の同定に追加の情報を提供する。 In addition, additional information in identifying the properties of the same captured component, even with the same magnetic field time modulation as described above and the natural measurements of capture and release times, which are specific to the component to be quantified. I will provide a.

上に述べたように、本発明の装置が、本発明の装置を使用することが可能であるその診断の際の様々な病態の中でも、1つ又は複数の生体成分の磁気性のバラツキの原因であるいずれの病態の診断にも適用可能であるとしても、現在市販されている、この種の病態用の診断デバイスには、発展途上国にあることが多い流行地域の典型的なものなど、特別に不利な状況でこのデバイスを使用するのを必ずしも楽にはしないいくつかの制限があるという点で、マラリアは、特に関心を引くものである。マラリア診断に現在使用可能な最も敏感な方法は、実際には、PCR(Polymerase Chain Reaction:ポリメラーゼ連鎖反応)による様々なマラリア原虫種族の遺伝子認識に基づいている。この種の方法は、特に複雑且つ繊細であり、そのため、非技術的に高度な状況において適用が難しい。また、PCRは、パン-プラスモディウム法ではないが、特定の種族を対象としており、そのためマラリア原虫の途切れのない変異に起因する問題に晒される。その一方、光学顕微鏡下で、血液滴中のマラリア原虫に感染した赤血球を数えることから成る、「薄塗抹標本及び/又は濃液滴」法は、複雑な計装を必要としないが、高度な専門知識を持つ人材を必要とし、その結果の解釈にある程度の可変性を伴うとともに、長い分析時間を伴う。その一方で、抗体-抗原相互作用に基づく迅速試験(RDT:Rapid Test)は、早期の診断にそれらの使用を妨げるように低い感度を特徴としている。さらに、流行域における患者の体内の抗原の潜在的存在により、抗体-抗原相互作用に基づく方法は、多数の偽陽性をもたらす。 As mentioned above, the apparatus of the present invention is one of the causes of magnetic variation in one or more biological components among various pathological conditions at the time of diagnosis in which the apparatus of the present invention can be used. Although applicable to the diagnosis of any condition, the diagnostic devices for this type of condition currently on the market include those typical of endemic areas often found in developing countries. Malaria is of particular interest in that it has some limitations that do not necessarily make it easier to use this device in particularly disadvantageous situations. The most sensitive methods currently available for diagnosing malaria are actually based on genetic recognition of various Plasmodium species by PCR (Polymerase Chain Reaction). This type of method is particularly complex and delicate, which makes it difficult to apply in non-technically advanced situations. Also, PCR is not a pan-plasmodium method, but it targets specific races and is therefore exposed to problems due to uninterrupted mutations in Plasmodium. On the other hand, the "thin smear and / or thick droplet" method, which consists of counting erythrocytes infected with Plasmodium in blood droplets under a light microscope, does not require complicated instrumentation, but is advanced. It requires human resources with specialized knowledge, and the interpretation of the results involves some variability and a long analysis time. On the other hand, rapid tests based on antibody-antigen interactions (RDT: Rapid Test) are characterized by low sensitivity to prevent their use for early diagnosis. Moreover, due to the potential presence of antigens in the patient's body in the epidemic area, methods based on antibody-antigen interactions result in numerous false positives.

したがって、本発明の第3の目的は、パン-プラスモディウムであろうとなかろうと、十分な感受性を有し、使用可能な経済手段が複雑な計装及び専門的な人材の使用を可能にしない地域でも使用されるほど単純で経済的である、早期のマラリア診断も可能にする装置を提供することである。 Therefore, a third object of the present invention, whether pan-plasmodium or not, is sufficiently sensitive and the available economic means do not allow the use of complex instrumentation and professional personnel. It is to provide a device that enables early diagnosis of malaria, which is simple and economical enough to be used in the community.

この目的は、本発明の装置によって達成され、それは、装置が、感染した赤血球の磁気分離及び定量化も、血漿中の遊離ヘモゾイン結晶の直接検出も行うことができるからである。感染した赤血球の定量化により、場合によっては、最初のマラリア原虫再生周期(48~72時間)の完了前のこの病気の早期段階においても、感染した赤血球と健康な赤血球との比を計算することによって通常定量化される、寄生虫血症の直接概算を得ることが可能になる。その代わりに、ヘモゾイン結晶の直接検出が、例えば最初の熱発作の時点など、この病気の非初期段階で特に有用であり、これは、このような段階では、赤血球がすでに膜破断を経ており、循環において実際に定量化可能な唯一のものが、遊離ヘモゾインであるからである。 This object is achieved by the apparatus of the present invention, because the apparatus can perform magnetic separation and quantification of infected red blood cells as well as direct detection of free hemozoin crystals in plasma. Quantification of infected erythrocytes, in some cases, to calculate the ratio of infected erythrocytes to healthy erythrocytes even in the early stages of the disease prior to the completion of the first Plasmodium regenerative cycle (48-72 hours). Allows a direct estimate of malaria, which is usually quantified by. Instead, direct detection of hemozoin crystals is particularly useful in the non-early stages of the disease, for example at the time of the first heat attack, where the red blood cells have already undergone membrane breakage. This is because the only thing that can actually be quantified in the circulation is free hemozoin.

本発明のこれら及びさらなる目的は、請求項に記載のより全般的な概念の非制限的例とともに、本発明において実施される実験的試験に関する実例、による本発明のいくつかの好ましい実施例の以下の発明を実施するための形態に目を通すことによってより明らかになるであろう。 These and additional objects of the invention are described below in some preferred embodiments of the invention according to, along with a non-limiting example of the more general concept set forth in the claims, with examples relating to the experimental tests performed in the present invention. It will become clearer by looking at the embodiments for carrying out the invention of.

以下の発明を実施するための形態は、添付の図面を参照する。 Refer to the accompanying drawings for embodiments for carrying out the following inventions.

本発明による装置の細部の正面図であり、前記細部は、測定セル及び磁化手段を有する。It is a front view of the details of the device according to the present invention, the details having a measuring cell and a magnetization means. 本発明による装置の側面図である。It is a side view of the apparatus by this invention. 本発明による装置の細部の正面図及びα=0°の場合の力のベクトル図であり、前記細部は、測定セルの中央部及び磁化手段を有する。It is a front view of the details of the apparatus according to the present invention and the vector diagram of the force when α = 0 °, the details having a central portion of a measuring cell and magnetizing means. 本発明による装置の細部の正面図及び総称的角度αが0~90°の場合の力のベクトル図であり、前記細部は、測定セルの中央部及び磁化手段を有する。A front view of the details of the apparatus according to the present invention and a vector diagram of the force when the generic angle α is 0 to 90 °, the details having a central portion of a measuring cell and magnetizing means. 本発明の装置の細部の正面図及びα=90°の場合の力のベクトル図であり、前記細部は、測定セル及び磁化手段を有する。It is a front view of the details of the apparatus of the present invention and the vector diagram of the force at α = 90 °, the details having a measuring cell and a magnetization means. 磁場の発生用の手段によって発生した前記磁場の変調を通して本発明の装置によって実施される測定方法のよい例となる図であり、この図では、測定セルに対する手段の近付きを示す。It is a good example of the measurement method carried out by the apparatus of the present invention through the modulation of the magnetic field generated by the means for generating the magnetic field, and this figure shows the approach of the means to the measurement cell. 磁場の発生用の手段によって発生した前記磁場の変調を通して本発明の装置によって実施される測定方法のよい例となる図であり、この図では、測定セルに対する手段の遠ざかりを示す。It is a good example of the measurement method carried out by the apparatus of the present invention through the modulation of the magnetic field generated by the means for generating the magnetic field, and this figure shows the distance of the means to the measurement cell. 磁化手段に近付いた/磁化手段から遠ざかった後のインピーダンスの抵抗成分の百分率の違いに対する信号の形状を示す。It shows the shape of the signal with respect to the difference in the percentage of the resistance component of the impedance after approaching / moving away from the magnetizing means. 本発明の第1の実施例における、コンセントレータに対する検出電極と基準電極との位置付けのよい例となる図である。It is a figure which becomes a good example of the positioning of the detection electrode and the reference electrode with respect to the concentrator in the 1st Example of this invention. 本発明の装置の第1の実施例における測定セルの断面を示し、前記断面は、前記少なくとも1つのコンセントレータのより大きな寸法に対して直角の平面に沿っている。A cross section of a measuring cell according to a first embodiment of the apparatus of the present invention is shown, the cross section being along a plane perpendicular to the larger dimension of the at least one concentrator. 前記少なくとも1つのコンセントレータに対する、図7aに示される断面の細部を示す。The details of the cross section shown in FIG. 7a for the at least one concentrator are shown. 前記少なくとも1つの検出電極対に対する、図7aに示される断面の細部を示す。The details of the cross section shown in FIG. 7a for the at least one detection electrode pair are shown. 本発明の装置の第1の実施例の細部の上から見た図であり、前記細部は、測定セルの基板によって構成されている。It is a view from the top of the detail of the 1st Embodiment of the apparatus of this invention, and the said detail is composed of the substrate of the measuring cell. 本発明の第2の実施例の測定セルによって構成されている細部の上から見た図である。It is a figure seen from the top of the detail configured by the measurement cell of the 2nd Embodiment of this invention. δ=40ミクロン、α=90°の場合の本発明の第2の実施例における、検出電極と基準電極とで異なるインピーダンスの抵抗成分の百分率変化の動向を、(i)血漿に対してそれらを常磁性にするように処理された赤血球の試料の等価寄生虫レベルの関数として(ベタ塗り記号及び破線)、また(ii)偽陽性を原因として信号の表示を提供する健康な赤血球のみの試料の場合で(点線)、示す。In the second embodiment of the present invention when δ = 40 micron and α = 90 °, the trends of the percentage change of the resistance component of the impedance different from the detection electrode and the reference electrode are shown in (i) plasma. As a function of the equivalent parasite level of the red blood cell sample treated to be paramagnetic (solid symbol and dashed line), and (ii) a healthy red blood cell only sample that provides a signal display due to false positives. In case (dotted line), it is shown. α=90°の場合の0.5%の等価寄生虫血症を対象とした信号の動向を、測定セルの高さ(δ)の違いに従って示す。The signal trend for 0.5% equivalent parasitemia at α = 90 ° is shown according to the difference in the height (δ) of the measurement cell. 角度の様々な値αに対して、真の信号(0.5%の等価寄生虫血症、δ=40ミクロンの場合)とスプリアス信号との比の動向を示す。It shows the trend of the ratio of the true signal (0.5% equivalent parasitemia, δ = 40 microns) to the spurious signal for various values α of the angle. 本発明の第3の実施例の1単位の測定セルによって構成されている細部の上から見た図である。It is a figure seen from the top of the detail which is composed of 1 unit measurement cell of the 3rd Example of this invention. 本発明の第3の実施例の2単位の測定セルによって構成されている細部の上から見た図である。It is a view from the top of the detail which is composed of 2 units of the measuring cell of the 3rd Example of this invention. 本発明の第4の実施例の1単位の測定セルによって構成されている細部の上からの見た図である。It is a top view of the details composed of one unit of measuring cells of the fourth embodiment of the present invention. 本発明の装置の第3及び第4の実施例の細部の上から見た図であり、前記細部は、測定セルの基板によって構成されている。It is a figure which looked at the detail of the 3rd and 4th Examples of the apparatus of this invention from the top, and the said detail is composed of the substrate of the measuring cell.

図1、図2、図3a、図3b、及び図3cを参照すると、マラリア原虫に感染した赤血球及びヘモゾイン結晶に感染した赤血球の定量化を目的とする、本発明の装置(100)の実施例は、
- 測定セル(1)であって、
・複数の検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)、
・定量化対象の成分(3、3’、3’’)を磁気的に引き付け、前記成分を検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)上に集中させるように構成されている、少なくとも1つのコンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)であって、前記検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)が前記少なくとも1つのコンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)に近接して置かれている、少なくとも1つのコンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)、
・検出電極対(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)ごとの少なくとも1つの基準電極対(7、7’、8、8’、9、9’、37、37’、64、64’、74、74’、164、164’、174’)であって、前記基準電極(7、7’、8、8’、9、9’、37、37’、64、64’、74、74’、164、164’、174’)が、前記少なくとも1つのコンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)に近接して置かれていない、少なくとも1つの基準電極対(7、7’、8、8’、9、9’、37、37’、64、64’、74、74’、164、164’、174’)、
・検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)のハウジング、基準電極(7、7’、8、8’、9、9’、37、37’、64、64’、74、74’、164、164’、174’)のハウジング、及びコンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)のハウジング用に構成されている基板(11)であって、前記セル(1)の外側に向く第1の表面(11’)及び前記セル(1)の内側に向く第2の表面(11’’)を有する、基板(11)、
・前記セル(1)の外側に向く第1の表面(12’)及び前記セル(1)の内側に向くとともに基板(11)の第1の表面(11’)に対向している第2の表面(12’’)を有する、支持体(12)、
・試料を閉じ込め、前記基板(11)を前記支持体(12)から遠ざけるように構成されている少なくとも1つのスペーサ要素(13、13’)、及び
・セル(1)を格納するように、また電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’、7、7’、8、8’、9、9’、37、37’、64、64’、74、74’、164、164’、174)と電子ボード(202)との間に電気的接触をもたらすように構成されている機械的ハウジング(600)
を有する測定セル(1)と、
- 前記ボード(202)に接続されている電子ユニット(201)であって、入力信号の生成、出力信号の増幅、検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)間のインピーダンスの測定、基準電極(7、7’、8、8’、9、9’、37、37’、64、64’、74、74’、164、164’、174’)間のインピーダンスの測定、又はそれらの差の測定、及びユーザ・インターフェースとの通信、用に構成されている、電子ユニット(201)と、
- 経時的に変調することができる勾配を有する磁場の発生用の手段(101、102、103)であって、コンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)と相まって、
・溶液の残りの部分からの定量化対象の成分(3、3’、3’’)の分離、及び
・定量化対象の前成分(3、3’、3’’)の検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)上の集中
を起こすことができる磁場を発生させるように構成されている手段と、
- 血液の希釈及び抗凝血、並びに測定セル(1)内への移動を実施する、前投与流体を有するマイクロ流体システムであって、測定セル(1)と一体化され、少なくとも部分的に機械的ハウジング(600)に含まれている、マイクロ流体システムと、
- 血液試料が集められる測定セルの基板に対する垂線と重力加速度ベクトルとの間に形成される角度αを0°~180°でばらつかせるように構成されている機械的システムと
を有する。
With reference to FIGS. 1, 2, 3, 3a, 3b, and 3c, an embodiment of the apparatus (100) of the present invention for the purpose of quantifying erythrocytes infected with Plasmodium malaria and erythrocytes infected with hemozoin crystals. teeth,
-Measurement cell (1)
Multiple detection electrodes (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194'),
-The component to be quantified (3, 3', 3'') is magnetically attracted, and the component is detected by the detection electrode (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84', 84, At least one concentrator (10, 10', 10'', 14, 14', 14') configured to be concentrated on 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194'). ', 15), the detection electrodes (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194. ') Is placed in close proximity to the at least one concentrator (10, 10', 10'', 14, 14', 14'', 15), at least one concentrator (10, 10', 10'). ', 14, 14', 14'', 15),
-At least one for each detection electrode pair (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194'). A reference electrode pair (7,7', 8,8', 9,9', 37, 37', 64, 64', 74, 74', 164, 164', 174'), wherein the reference electrode ( 7, 7', 8, 8', 9, 9', 37, 37', 64, 64', 74, 74', 164, 164', 174') is the at least one concentrator (10, 10'). At least one reference electrode pair (7,7',8,8', 9,9', 37,37) not placed in close proximity to 10'', 14, 14', 14'', 15) ', 64, 64', 74, 74', 164, 164', 174'),
The housing of the detection electrode (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194') and the reference electrode ( 7,7', 8,8', 9,9', 37,37', 64, 64', 74, 74', 164, 164', 174') housings and concentrators (10, 10', 10') '', 14, 14', 14'', 15) the substrate (11) configured for the housing, the first surface (11') facing outward of the cell (1) and the cell. The substrate (11), which has a second surface (11 ″) facing inward of (1),
A first surface (12') facing the outside of the cell (1) and a second surface facing the inside of the cell (1) and facing the first surface (11') of the substrate (11). Support (12), having a surface (12 ″),
To contain at least one spacer element (13, 13') configured to confine the sample and keep the substrate (11) away from the support (12), and to contain the cell (1). Electrodes (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194', 7, 7', 8, 8 ', 9, 9', 37, 37', 64, 64', 74, 74', 164, 164', 174) and configured to provide electrical contact between the electronic board (202). Mechanical housing (600)
The measuring cell (1) having the
-An electronic unit (201) connected to the board (202), which generates an input signal, amplifies an output signal, and detects electrodes (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, Measurement of impedance between 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194'), reference electrode (7, 7', 8, 8', 9, 9', 37, 37') An electronic unit configured for measuring the impedance between', 64, 64', 74, 74', 164, 164', 174'), or measuring the difference between them, and communicating with the user interface. (201) and
-Means for generating magnetic fields with gradients that can be modulated over time (101, 102, 103) and concentrators (10, 10', 10'', 14, 14', 14'', 15 ), Coupled with
-Separation of the component to be quantified (3, 3', 3'') from the rest of the solution, and-Detection electrode (4, 3', 3'') of the pre-component (3, 3', 3'') to be quantified. 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194') generate a magnetic field capable of causing concentration. And the means that are configured to
-A microfluidic system with pre-administration fluid that performs blood dilution and anticoagulation, as well as transfer into measurement cell (1), integrated with measurement cell (1) and at least partially mechanical. The microfluidic system contained in the housing (600),
-Has a mechanical system configured to vary the angle α formed between the perpendicular to the substrate of the measurement cell from which the blood sample is collected and the gravitational acceleration vector from 0 ° to 180 °.

今度は、マイクロ流体システムは、
- カートリッジ(503)における血液試料(500)の採取及び前投与流体(501)による希釈用の手段と、
- 測定セル(1)内への希釈された血液試料(500)の移動用の手段(504)と
を有する。
This time, the microfluidic system
-Means for collecting a blood sample (500) in a cartridge (503) and diluting with a premedication fluid (501), and
-Having a means (504) for moving the diluted blood sample (500) into the measurement cell (1).

分析を行うことができるように、したがって、患者の血液滴が、マイクロ流体システムの入口に接触して置かれる。それにより、血液滴が吸い込まれ、前投与流体により希釈され、電極付き基板を含む測定セル内に運ばれる。 Therefore, the patient's blood droplets are placed in contact with the inlet of the microfluidic system so that the analysis can be performed. Thereby, the blood droplets are sucked in, diluted with the premedication fluid and carried into the measurement cell containing the electrode-attached substrate.

測定セルは、プラスチック材製の適したマイクロ流体システムと結合された、シリコン、ガラス、又は他の高分子材料上に微細加工技法により作られていてもよい。 The measuring cell may be made by microfabrication techniques on silicon, glass, or other polymeric material coupled with a suitable microfluidic system made of plastic material.

マラリアを対象とする使用を特に目的とする、本発明の装置の第1の実施例において、磁場の発生用の手段(101、102、103)は、それらが分散される液体媒質に対して常磁性又は反磁性の成分の場合に対し、基板に向けられるか又はそれから離される少なくとも51014/mのその四角モジュールの少なくとも10A/mの強度及び微細な勾配を有するのが好ましい、磁場を発生させることができるはずである。このような手段(101、102、103)は、例えば、複数の永久磁石(101、102)によって発生した磁場が、基板(11)からかなり離れた対象となる成分に作用し、それによりそれらを基板(11)の表面に引き付ける、重力及びアルキメデスの力の抵抗に対抗するのに十分な力を働かせるように位置付けられた前記磁石(101、102)で具体化されてもよい。 In the first embodiment of the apparatus of the present invention, which is specifically intended for use in the subject of malaria, the means for generating magnetic fields (101, 102, 103) are paramagnetic with respect to the liquid medium in which they are dispersed. For magnetic or diamagnetic components, it has a strength and fine gradient of at least 10 4 A / m of its square module of at least 5 * 10 14 A 2 / m 3 directed at or away from the substrate. Is preferable, it should be possible to generate a magnetic field. In such means (101, 102, 103), for example, the magnetic field generated by the plurality of permanent magnets (101, 102) acts on the target component far away from the substrate (11), thereby causing them. It may be embodied by the magnets (101, 102) positioned to exert sufficient force to counteract the resistance of gravity and Archimedes forces attracting to the surface of the substrate (11).

図4a及び図4bを参照すると、磁場の発生用の手段(101、102、103)は、具体的には、四角面に対して直角に磁化され、N極向きで配置されている、四角基部との平行六面体形状で20×20×5mmの寸法である、NdFeBN52の2個の永久磁石(101、102)によって構成されている。それらの間には、2個の磁石(101、102)の対称面に磁場線を持ち、それを集中させる高透磁率を有する穏やかな(マイルドな)強磁性材料(例えば、ミューメタル)の小型薄板(103)がある。それにより、小型薄板(103)と空気との境界面には、対称磁場が、高勾配により、優勢な成分が、基板(11)の背面に接触するか又はそれに近接して置かれている磁石(101、102)の四角面に直交するように向いている、磁石(101、102)の分離面に対して発生する。このように、発生した磁場には、磁石(101、102)の境界効果を含まないために、約2mmの幅、約16mmの高さの長方形状域において、成分(3、3’、3’’)を捕捉するのに十分な強度及び勾配があるのが確認されている。 Referring to FIGS. 4a and 4b, the means for generating a magnetic field (101, 102, 103) are specifically magnetized at right angles to the square plane and arranged in the north pole direction. It is composed of two permanent magnets (101, 102) of NdFeBN52 having a parallelepiped shape and a size of 20 × 20 × 5 mm. Between them, the small size of a mild (mild) ferromagnetic material (eg, mu-metal) that has a magnetic field line on the plane of symmetry of the two magnets (101, 102) and has a high magnetic permeability to concentrate it. There is a thin plate (103). Thereby, on the interface between the small thin plate (103) and air, a symmetric magnetic field and a magnet in which a dominant component is placed in contact with or in close contact with the back surface of the substrate (11) due to a high gradient. It is generated with respect to the separation surface of the magnet (101, 102), which is oriented so as to be orthogonal to the square surface of (101, 102). As described above, since the generated magnetic field does not include the boundary effect of the magnets (101, 102), the components (3, 3', 3'" are formed in a rectangular region having a width of about 2 mm and a height of about 16 mm. It has been confirmed that there is sufficient strength and gradient to capture').

図4a、図4b、及び図5を参照し、また上述によれば、磁場の発生用の手段(101、102、103)は、コンセントレータ要素(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)を担持する基板(11)における磁場の変調及び相対勾配を具体化するように、すなわち、磁気コンセントレータの飽和磁場の10%を超えない最小値から磁気コンセントレータ(10、10’、10’’14、14’、14’’、15)の飽和磁場よりも高いはずである最大値への経時の磁場の強度の変化をもたらすように構成されている。本発明の第1の実施例において、磁気コンセントレータは、例えば、Ni製であり、このような変調が、磁石(101、102)の基板(11)に近付く/基板(11)から遠ざかる線形運動によって得られ得る。磁場の発生用の手段(101、102、103)が基板(11)に近接されると、Niコンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)上の磁場が、その磁化を飽和状態にし、それにより、成分(3、3’、3’’)の捕捉を可能にするのに十分になる。磁場の発生用の手段(101、102、103)が遠ざかると、成分(3、3’、3’’)がコンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)から、また検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)から脱離するように、磁場は、無視できるほどのものになり、コンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)は、脱磁する。すでに述べたように、近付く/遠ざかる段階で検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)の端において測定されたインピーダンスの抵抗成分の動向が図5に示されている。近付く段階では、特有の捕捉時間τにわたって展開する液体の抵抗よりも高い抵抗を有する成分(3、3’、3’’)を仮定すると、正ΔRが増える。磁場の発生用の手段(101、102、103)からの突然の遠ざかりに続いて、抵抗が、特有の時間τで、検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)からの成分の脱離用のその元のレベルに戻る。 Refer to FIGS. 4a, 4b, and 5, and as described above, the means for generating the magnetic field (101, 102, 103) is the concentrator element (10, 10', 10'', 14, 14'. , 14'', 15) so as to embody the modulation and relative gradient of the magnetic field in the substrate (11), i.e., from the minimum value not exceeding 10% of the saturated magnetic field of the magnetic concentrator to the magnetic concentrator (10, 10). '10'' 14, 14', 14'', 15) are configured to result in a change in magnetic field strength over time to a maximum value that should be higher than the saturated magnetic field. In the first embodiment of the present invention, the magnetic concentrator is made of, for example, Ni, and such modulation is caused by a linear motion of the magnet (101, 102) approaching / moving away from the substrate (11). Can be obtained. When the means for generating the magnetic field (101, 102, 103) is close to the substrate (11), the magnetic field on the Ni concentrator (10, 10', 10'', 14, 14', 14'', 15) However, it saturates its magnetization, which is sufficient to allow capture of the component (3, 3', 3''). As the means for generating the magnetic field (101, 102, 103) move away, the components (3, 3', 3'') become concentrators (10, 10', 10'', 14, 14', 14'', 15'. ) And from the detection electrodes (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194'). As such, the magnetic field becomes negligible and the concentrators (10, 10', 10'', 14, 14', 14'', 15) are demagnetized. As already mentioned, the detection electrodes (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194', 194', 194', 194', 194', 194', 194', 194', 194' , 194'), the trend of the resistance component of the impedance measured at the end is shown in FIG. At the approaching stage, the positive ΔR increases, assuming components (3, 3', 3'') that have a higher resistance than the resistance of the liquid that develops over the unique capture time τC . Following a sudden distance from the means for generating the magnetic field (101, 102, 103), the resistance is at a specific time τR , the detection electrodes (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194') return to its original level for desorption of components.

図6、図7a、図7b、及び図7cを参照すると、本発明の第1の実施例では、測定セル(1)の各検出電極対(4、4’、5、5’、6、6’)が、第1の入力信号(V)を受信することができる第1の電極(4、5、6)及び第2の電極(4’、5’、6’)を有することを想定している。各基準電極対(7、7’、8、8’、9、9’)は、第1の入力信号(V)と反対の極性の第2の入力信号(V)を受信することができる第1の電極(7、8、9)と、出力信号(Out)が取り出される共有点において、各検出電極対(4、4’、5、5’、6、6’)のうちの第2の電極(4’、5’、6’)に接続されている第2の電極(7’、8’、9’)とを有する。電子ユニット(201)のあからさまな改造により、電極の役割を逆にし、第2の検出電極(4’、5’、6’)の共有点及び第2の基準電極(7’、8’、9’)の共有点を入力信号として使用し、検出電極対のうちの第1の電極(4、5、6)を第1の出力信号として使用し、基準電極対のうちの第1の電極(7、8、9)を第2の出力信号として使用することも可能である。どんな場合でも、電子ユニット(201)が、適切に処理された形態で、検出電極対のインピーダンスと基準電極対のインピーダンスとの差をユーザに与えるように具体化されるようになる。 With reference to FIGS. 6, 7a, 7b, and 7c, in the first embodiment of the present invention, each detection electrode pair (4, 4', 5, 5', 6, 6 of the measurement cell (1)) It is assumed that') has a first electrode (4, 5, 6) and a second electrode (4', 5', 6') capable of receiving a first input signal (V + ). is doing. Each reference electrode pair (7, 7', 8, 8', 9, 9') may receive a second input signal (V ) having the opposite polarity to the first input signal (V + ). The first of the detection electrode pairs (4, 4', 5, 5', 6, 6') at the common point from which the output signal (Out) is taken out from the first electrode (7, 8, 9) that can be formed. It has a second electrode (7', 8', 9') connected to a second electrode (4', 5', 6'). By overtly modifying the electronic unit (201), the role of the electrode is reversed, the common point of the second detection electrode (4', 5', 6') and the second reference electrode (7', 8', 9'. The shared point of') is used as an input signal, the first electrode (4, 5, 6) of the detection electrode pair is used as the first output signal, and the first electrode (4, 5, 6) of the reference electrode pair is used. It is also possible to use 7, 8 and 9) as the second output signal. In any case, the electronic unit (201) will be embodied to give the user the difference between the impedance of the detection electrode pair and the impedance of the reference electrode pair in a properly processed form.

本発明の第1の実施例において、マラリアの診断に適したコンセントレータ(10、10’、10’’)は、Ni、Fe、Co、NiFe、CoFeなどの強磁性材料で作られ、最も大きな寸法が図3aに表される平面に対して直角に延在する平行六面体の形状を有する。十分な集中係数を確保して、十分な信号対雑音比を得るために、コンセントレータ(10、10’、10’’)の寸法及び検出電極(4、4’、5、5’、6、6’)の寸法が、表1に挙げられる範囲内にあるべきであるのが好ましい。

Figure 2022517568000002
In the first embodiment of the present invention, the concentrator (10, 10', 10'') suitable for diagnosing malaria is made of a ferromagnetic material such as Ni, Fe, Co, NiFe, CoFe and has the largest dimensions. Has the shape of a parallelepiped extending at right angles to the plane represented in FIG. 3a. The dimensions of the concentrator (10, 10', 10'') and the detection electrodes (4, 4', 5, 5', 6, 6) to ensure a sufficient concentration factor and obtain a sufficient signal-to-noise ratio. ') Dimension should be within the range listed in Table 1.
Figure 2022517568000002

表1では、hは、コンセントレータの基部の最も小さな寸法であり、wは、コンセントレータの基部の最も大きな寸法であり、dは、あるコンセントレータと隣接するコンセントレータとの間隔である。hは、検出電極の基部の最も小さな寸法であり、wは、検出電極の基部の最も大きな寸法であり、dは、同じコンセントレータにある2つの隣接する電極間の間隔である。 In Table 1, h F is the smallest dimension of the base of the concentrator, w F is the largest dimension of the base of the concentrator, and d F is the distance between one concentrator and an adjacent concentrator. h E is the smallest dimension of the base of the detection electrode, w F is the largest dimension of the base of the detection electrode, and d E is the distance between two adjacent electrodes in the same concentrator.

表1の一行目には、マラリア原虫に感染した赤血球(i-RBC)の正しい検出に必要とされるコンセントレータ及び検出電極の寸法範囲が示される一方、表1の二行目には、遊離ヘモゾイン(HC)結晶の正しい検出に必要とされるコンセントレータ及び検出電極の寸法範囲が示されている。 The first row of Table 1 shows the dimensional ranges of concentrators and detection electrodes required for the correct detection of plasmodium-infected erythrocytes (i-RBC), while the second row of Table 1 shows free hemozoin. (HC) Dimensional ranges of concentrators and detection electrodes required for correct detection of crystals are shown.

基板(11)、したがって、本発明の同じセル(1)、検出電極(4、4’、5、5’、6、6’)の構造、及び基準電極(7、7’、8、8’、9、9’)の構造は、基板(11)が分けられている4つのゾーンに再現され得、各ゾーンが、基部が2mmに等しく、高さが4mmに等しい、2つの四角形ゾーンに分けられている。2mmの幅は、対称面に対して直角の方向に磁石によって生み出される高磁場の拡張に釣り合っている。左パートは、コンセントレータ上に電極を担持し、記載の磁石の対称面を中心としている一方、右パートには、コモンモード信号の減算のために基準電極しかない。他と無関係の読み取り値を有するいくつかの領域への有効面積の小分けにより、検出電極上に付着した1つの成分によってもたらされるインピーダンス変化と電極間の全体的なインピーダンスとの比の上昇が可能になり、低集中の成分が検出される場合に信号対雑音比を向上させる。ゾーンごとに、出力信号(Out)が発せられることになる増幅器への出力接点が必要となる一方、検出電極及び基準電極に対するすべての入力信号(V)及び(V)では、2つの接点のみで済むことから、チップ上に形成される最低限の個数の接点は、4+2=6に等しくなる。製造時の電極間に起こり得る短絡の影響を最小限に抑えるために、ゾーンごとに3個の別々の接点が使用され得る。結果として、接点総個数は、12である。 The substrate (11), and thus the same cell (1) of the invention, the structure of the detection electrodes (4, 4', 5, 5', 6, 6'), and the reference electrode (7, 7', 8, 8'). , 9, 9') structure can be reproduced in four zones where the substrate (11) is divided, each zone divided into two square zones with a base equal to 2 mm and a height equal to 4 mm. Has been done. The width of 2 mm is commensurate with the expansion of the high magnetic field produced by the magnet in the direction perpendicular to the plane of symmetry. The left part carries an electrode on a concentrator and is centered on the plane of symmetry of the magnet described, while the right part has only a reference electrode for subtraction of the common mode signal. Subdivision of the effective area into several regions with unrelated readings allows for an increase in the ratio of the impedance change caused by one component attached on the detection electrode to the overall impedance between the electrodes. Therefore, the signal-to-noise ratio is improved when a low-concentration component is detected. Each zone requires an output contact to the amplifier from which the output signal (Out) will be emitted, while all input signals (V + ) and (V- ) to the detection and reference electrodes have two contacts. Since only the number of contacts is required, the minimum number of contacts formed on the chip is equal to 4 + 2 = 6. Three separate contacts can be used per zone to minimize the effects of short circuits that can occur between the electrodes during manufacturing. As a result, the total number of contacts is 12.

図8及び図9を参照すると、マラリアでの使用をまた特に目的とする本発明の装置の第2の実施例では、装置(100)が、測定セル(1)の構成に関して唯一違いのある上記と同じすべての構成要素を有することを想定している。本発明の第2の実施例において、測定セル(1)は、実際には、四角格子に従って基板(11)上に一様に分散されている円筒形状の強磁性コンセントレータ行列(14、14’、14’’)を有する。あるいは、コンセントレータ行列が、充填を最大限にする六角格子に従って配置されていてもよい。図9では、具体的には、6個の検出電極対(34、34’)及び6個の基準電極対(37、37’)が示されている。各検出電極対(34、34’)のうちの第1の電極(34)は、第1の接続軌跡(44)を介して第1の入力信号(V)を受信するように構成されている第1の入力に接続されている。電極は、シリンダの縁において実験により検出された、捕捉動向を活かして、それにより電極上の敏感な領域の占有を最大限にするために、図9に示されるように平行であっても、又は、以下に記載の例に見られるようにリング形状であってもよい。各基準電極対(37、37’)のうちの第1の電極(37)は、第2の接続軌跡(47)を介して第2の入力信号(V)を受信するように構成されている第2の入力に接続されている。同様に、各検出電極対(34、34’)のうちの第2の電極(34’)は、第3の接続軌跡(44’)を通して、出力信号(Out)が発せられるノードに接続され、各基準電極対(37、37’)のうちの第2の電極(37’)は、第4の接続軌跡(47’)を通して、前記出力信号(Out)が発せられるノードに接続されている。 Referring to FIGS. 8 and 9, in the second embodiment of the apparatus of the present invention, which is also specifically intended for use in malaria, the apparatus (100) is the only difference in the configuration of the measuring cell (1). It is assumed to have all the same components as. In a second embodiment of the invention, the measurement cell (1) is actually a cylindrical ferromagnetic concentrator matrix (14, 14', uniformly dispersed on the substrate (11) according to a square grid. 14''). Alternatively, the concentrator matrix may be arranged according to a hexagonal grid that maximizes filling. In FIG. 9, specifically, six detection electrode pairs (34, 34') and six reference electrode pairs (37, 37') are shown. The first electrode (34) of each detection electrode pair (34, 34') is configured to receive the first input signal (V + ) via the first connection locus (44). Is connected to the first input. The electrodes may be parallel, as shown in FIG. 9, to take advantage of the experimentally detected capture trends at the edge of the cylinder, thereby maximizing the occupancy of sensitive areas on the electrodes. Alternatively, it may have a ring shape as seen in the examples described below. The first electrode (37) of each reference electrode pair (37, 37') is configured to receive a second input signal (V− ) via a second connection locus (47). It is connected to the second input. Similarly, the second electrode (34') of each detection electrode pair (34, 34') is connected to the node from which the output signal (Out) is emitted through the third connection locus (44'). The second electrode (37') of each reference electrode pair (37, 37') is connected to the node from which the output signal (Out) is emitted through the fourth connection locus (47').

第1の接続軌跡(44)、第2の接続軌跡(47)、第3の接続軌跡(44’)、及び第4の接続軌跡(47’)の上には、軌跡ごとに絶縁層(40、40’、50、50’)が施され、前記絶縁層(40、40’、50、50’)は、このインピーダンスの作用を無視できるほどにするように、前記接続軌跡(44、44’、47、47’)間のインピーダンスを非常に高くするような誘電率及び厚みを有する。 On the first connection locus (44), the second connection locus (47), the third connection locus (44'), and the fourth connection locus (47'), an insulating layer (40) is placed for each locus. , 40', 50, 50'), and the insulating layer (40, 40', 50, 50') is provided with the connection locus (44, 44'so that the effect of this impedance is negligible. , 47, 47') has a dielectric constant and thickness that makes the impedance very high.

第2の実施例によって想定されているコンセントレータの構成により、得られる集中係数が、少なくとも、α=0では、第1の実施例に関して得ることができる集中係数よりも一層高くなることが可能である。このためには、コンセントレータ(14、14’、14’’)の寸法及び検出電極(34、34’、35、35’)の寸法が、表2に挙げられている範囲内にあるべきであるのが好ましい。

Figure 2022517568000003
Due to the configuration of the concentrator envisioned by the second embodiment, the concentration factor obtained can be even higher than the concentration factor obtained for the first embodiment, at least at α = 0. .. To this end, the dimensions of the concentrator (14, 14', 14'') and the dimensions of the detection electrodes (34, 34', 35, 35') should be within the ranges listed in Table 2. Is preferable.
Figure 2022517568000003

表2では、hは、コンセントレータの高さであり、wは、コンセントレータの基部の直径であり、dは、あるコンセントレータと隣接するコンセントレータとの間隔である。hは、検出電極の基部の最も小さな寸法であり、wは、検出電極の基部の最も大きな寸法であり、dは、検出電極の第1のフィンガと前記検出電極の第2のフィンガとの間隔である。 In Table 2, h F is the height of the concentrator, w F is the diameter of the base of the concentrator, and d F is the distance between one concentrator and an adjacent concentrator. h E is the smallest dimension of the base of the detection electrode, w F is the largest dimension of the base of the detection electrode, and d E is the first finger of the detection electrode and the second finger of the detection electrode. Is the interval with.

表2では、マラリア原虫と遊離ヘモゾイン結晶(HC)とに感染した両方の赤血球(i-RBC)の正しい検出に必要とされるコンセントレータ及び検出電極の寸法範囲が示されている。 Table 2 shows the dimensional ranges of concentrators and detection electrodes required for the correct detection of both erythrocytes (i-RBC) infected with Plasmodium and free hemozoin crystals (HC).

このような寸法では、最適な間隔空けの条件下で、6μmに等しい図9に示される真っすぐな電極の長さL、及び100%の捕捉効率を仮定すると、約400の幾何学的集中係数

Figure 2022517568000004

が得られる。図8を参照すると、本発明の第2の実施例でも、基板(11)、それにより、検出電極(4、4’、5、5’、6、6’)の構造、及び基準電極(7、7’、8、8’、9、9’)の構造が、基板(11)が分けられている4つのゾーンに再現され得、各ゾーンが、左パート、すなわち第1のユニットがコンセントレータ上に電極を担持し、記載の磁石の対称面(800)を中心とする一方、右パート、すなわち第2のユニットが、コモンモード信号の減算に基準電極のみを有する、2つの長方形ゾーンに分けられている。 With such dimensions, under optimal spacing conditions, assuming a straight electrode length L, shown in FIG. 9, equal to 6 μm, and a capture efficiency of 100%, a geometric concentration factor of about 400.
Figure 2022517568000004

Is obtained. Referring to FIG. 8, also in the second embodiment of the present invention, the substrate (11), thereby the structure of the detection electrode (4, 4', 5, 5', 6, 6'), and the reference electrode (7). , 7', 8, 8', 9, 9') can be reproduced in four zones where the substrate (11) is divided, with each zone being the left part, i.e. the first unit on the concentrator. The right part, i.e., the second unit, is divided into two rectangular zones having only a reference electrode for the subtraction of the common mode signal, while carrying electrodes on the above and centered on the plane of symmetry (800) of the described magnet. ing.

図13、図14、及び図16を参照すると、マラリアでの使用をまた特に目的とする、本発明の装置の第3の実施例では、装置(100)が、以下のように、測定セル(1)の構成に関して違いのある上記と同じすべての構成要素を有することを想定している。 With reference to FIGS. 13, 14, and 16, in a third embodiment of the apparatus of the present invention, which is also specifically intended for use in malaria, the apparatus (100) is a measuring cell (100) as follows. It is assumed to have all the same components as above, which differ in terms of the configuration of 1).

第1及び第2の実施例に見られるように、基板(11)、それにより検出電極(84、84’、94、94’)の構造、及び基準電極(64、64’、74、74’)の構造が、基板が分けられている4つのゾーン(301、302、303、304)に再現され得る。チップ上に形成される最低限の個数の接点は、常に4+2=6に等しく、その中には、4個の出力接点(ゾーン当たり1個)及び2個の入力接点(すべての検出電極及び基準電極に対して、第1の入力信号(V)用に1個、すべての検出電極及び基準電極に対して、第2の入力信号(V)用に1個)がある。ただし、第1及び第2の実施例に関してすでに述べたように、製造時の電極間に起こり得る短絡の影響を最小限に抑えるために、ゾーンごとに3つの別々の接点(Out、V、V)が使用され得る。結果として、接点の総個数は、12である。 As seen in the first and second embodiments, the substrate (11), thereby the structure of the detection electrode (84, 84', 94, 94'), and the reference electrode (64, 64', 74, 74'). ) Can be reproduced in four zones (301, 302, 303, 304) where the substrate is divided. The minimum number of contacts formed on the chip is always equal to 4 + 2 = 6, in which 4 output contacts (1 per zone) and 2 input contacts (all detection electrodes and reference). There is one for the first input signal (V + ) for the electrodes and one for the second input signal (V ) for all detection and reference electrodes. However, as already mentioned for the first and second embodiments, three separate contacts (Out, V + ,) per zone are used to minimize the effects of possible short circuits between the electrodes during manufacturing. V- ) can be used. As a result, the total number of contacts is 12.

第1及び第2の実施例とは異なり、基板(11)の少なくとも1つのパートは、磁場の発生用の手段(101、102、103)の対称面(801)を中心としており、前記パートは、
- 検出電極と基準電極(84、84’、94、94’、64、64’、74、74’)とが、大抵、同じ磁場、変動、及びドリフトを受けるように、交互嵌合された、より一般的には組み合わされた前記検出電極(84、84’、94、94’)及び前記基準電極(64、64’、74、74’)と、
- 検出電極(84、84’、94、94’)に近接しているコンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’)と
を担持している。
Unlike the first and second embodiments, at least one part of the substrate (11) is centered on the plane of symmetry (801) of the means for generating the magnetic field (101, 102, 103), said part. ,
-The detection electrode and the reference electrode (84, 84', 94, 94', 64, 64', 74, 74') are usually alternately mated so as to receive the same magnetic field, fluctuation, and drift. More generally, the combined detection electrode (84, 84', 94, 94') and the reference electrode (64, 64', 74, 74') and the reference electrode (64, 64', 74, 74').
-Supports a concentrator (10, 10', 10'', 14, 14', 14'') in close proximity to the detection electrode (84, 84', 94, 94').

本明細書の目的では、「interdigitated(交互嵌合の)」という語は、1つ又は2つの細長片を互い違いに密に詰めて配置されることを意味する。検出電極(84、84’、94、94’)と基準電極(64、64’、74、74’)とが交互嵌合されている場合、背景の減算が向上し、それにより、定量化対象の成分に対応するインピーダンス変化のより正確な測定値を得る。図13では、具体的には、6個の検出電極対(84、84’、94、94’)、6個の基準電極対(64、64’、74、74’)、及び6個のコンセントレータ(14、14’、15)が示されている。第2の実施例に見られるように、コンセントレータは、強磁性であり、円筒形状(14、14’、15)を有する。電極(64、64’、74、74’、84、84’、94、94’)及びコンセントレータ(14、14’、15)は、長方形格子に従って、一様に基板上に分散されている。コンセントレータ(14、14’、15)は、検出電極(84、84’、94、94’)のみに近接して置かれ、前記基準電極(64、64’、74、74’)には近接していない。検出電極(84、84’、94、94’)と基準電極(64、64’、74、74’)とは、互い違いの2重の細長片に配置されている。より具体的には、各列には、2個の検出電極対(84、84’、94、94’)の両方が、第1の基準電極対(74、74’)と第2の基準電極対(64、64’)との間に差し挟まれ、2個の検出電極対(84、84’、94、94’)間に基準電極(74、74’、64、64’)は何も差し挟まれていない。より全般的には、測定セルは、少なくとも、第1の検出電極対(84、84’、184、184’)及び第2の検出電極対(94、94’、194、194’)を有し、検出電極対の両方(84、84’、184、184’、94、94’、194、194’)が、第1の基準電極対(74、74’、174、174’)と第2の基準電極対(64、64’、164、164’)との間に差し挟まれ、第1の検出電極対(84、84’、184、184’)と第2の検出電極対(94、94’、194、194’)との間に基準電極(74、74’174、174’、64、64’、164、164’)は何も差し挟まれていない。記載の検出電極(84、84’、94、94’)の空間構造及び分散、並びに基準電極(64、64’、74、74’)の空間構造及び分散は、図14に示されるように、第2のユニット(701)及び他の多くの同一のユニットを形成するように再現され得るユニット(700)を形成する。このようにして、レイアウトが生み出され、そこでは、基準電極(64、64’、74、74’)と検出電極(84、84’、94、94’)とがぴったりと交互嵌合し、こうして、偽の変動のより良い減算、また結果として、本発明の装置(100)を使用して行われるテストの感度の向上を約束する。 For the purposes of this specification, the term "intergitated" means that one or two strips are staggered and closely packed. When the detection electrode (84, 84', 94, 94') and the reference electrode (64, 64', 74, 74') are alternately fitted, the background subtraction is improved, thereby being quantified. Obtain a more accurate measurement of the impedance change corresponding to the component of. In FIG. 13, specifically, 6 detection electrode pairs (84, 84', 94, 94'), 6 reference electrode pairs (64, 64', 74, 74'), and 6 concentrators. (14, 14', 15) are shown. As seen in the second embodiment, the concentrator is ferromagnetic and has a cylindrical shape (14, 14', 15). The electrodes (64, 64', 74, 74', 84, 84', 94, 94') and concentrators (14, 14', 15) are uniformly dispersed on the substrate according to a rectangular grid. The concentrator (14, 14', 15) is placed in close proximity only to the detection electrode (84, 84', 94, 94') and in close proximity to the reference electrode (64, 64', 74, 74'). Not. The detection electrode (84, 84', 94, 94') and the reference electrode (64, 64', 74, 74') are arranged in alternating double strips. More specifically, in each row, both of the two detection electrode pairs (84, 84', 94, 94') are the first reference electrode pair (74, 74') and the second reference electrode. No reference electrode (74, 74', 64, 64') is inserted between the pair (64, 64') and the two detection electrode pairs (84, 84', 94, 94'). Not sandwiched. More generally, the measurement cell has at least a first detection electrode pair (84, 84', 184, 184') and a second detection electrode pair (94, 94', 194, 194'). , Both of the detection electrode pairs (84, 84', 184, 184', 94, 94', 194, 194') are the first reference electrode pair (74, 74', 174, 174') and the second. It is sandwiched between the reference electrode pair (64, 64', 164, 164'), and the first detection electrode pair (84, 84', 184, 184') and the second detection electrode pair (94, 94'). No reference electrode (74, 74'174, 174', 64, 64', 164, 164') is inserted between the reference electrode (', 194, 194'). The spatial structure and dispersion of the detection electrode (84, 84', 94, 94') and the spatial structure and dispersion of the reference electrode (64, 64', 74, 74') are as shown in FIG. It forms a unit (700) that can be reproduced to form a second unit (701) and many other identical units. In this way, a layout is created, in which the reference electrode (64, 64', 74, 74') and the detection electrode (84, 84', 94, 94') are snugly alternated and thus. It promises better subtraction of false variability and, as a result, increased sensitivity of tests performed using the device (100) of the present invention.

それにより、測定セル(1)の各検出電極対(84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)のうちの第1の電極(84’、94、184’、194)が、第1の入力Vに接続される一方、各基準電極対(64、64’、74、74’)のうちの第1の電極(64、74’)が、第2の入力Vに接続されている。各検出電極対(84、84’、94、94’)のうちの第2の電極(84、94’)及び各基準電極対(64、64’、74、74’)のうちの第2の電極(64’、74)が、出力信号(Out)が発せられるノードに接続される。電極(64、64、74、74’、84、84’、94、94’)は、リング形状である。具体的には、各対(64、64’、74、74’、84、84’、94、94’)の電極(64、74、84、94)のうちの1つの端が、2つの開同心リングにある。各対(64、64’、74、74’、84、84’、94、94’)の電極(64’、74’、84’、94’)のうちのもう1つ(64’、74’、84’、94’)の端が、それに代わって、真っすぐな伸びと、その真っすぐな伸びを取り囲む開リングとから成る。この伸びは、その対の第1とされる電極(64、74、84、94)の端の内側リングに入るように構成され、その真っすぐな伸びを取り囲む開リングは、その対の第1とされる電極(64、74、84、94)の内側リングと外側リングとの間のスペースに入るように構成されている。図15を参照すると、マラリアでの使用をまた特に目的とする、本発明の装置の第4の実施例では、装置(100)が、上記とすべて同じ構成要素を有することを想定している。コンセントレータ(14、14’、15)は、第3及び第2の実施例のコンセントレータと同じ幾何学的形状(すなわち、円筒形状)を有する。測定セル(1)は、第3の実施例と同じ上記の検出電極と基準電極(164、164’、174、174’、184、184’、194、194’)との相対位置付けを有する。第4の実施例は、基準電極(164、164’、174、174’)と検出電極(184、184’、194、194’)とがぴったり交互嵌合した、具体的には、互い違いの2重細長片で配置した、第3の実施例と同じレイアウトによって特徴付けられている。唯一の違いは、電極の幾何学的形状である。第4の実施例では、各対(164、164’、174、174’、184、184’、194、194’)の電極(164、174、184、194)のうちの1つの端が開リングにある。各対(164、164’、174、174’、184、184’、194、194’)の電極(164’、174’、184’、194’)のうちのもう1つ(164’、174’、184’、194’)の端が、代わりに、その対の第1とされる電極(164、174、184、194)の開リングに入るように構成されている閉リングから成る。また第4の実施例では、基板(11)、それにより、検出電極(184、184’、194’)の構造及び基準電極(164、164’、174、174’)の構造が、基板が分けられている4つのゾーン(301、302、303、304)に再現され得る。製造時の電極間に起こり得る短絡の影響を最小限に抑えるために、3つの別々の接点(Out、V、V)が、12に等しい接点の総個数で、ゾーンごとに使用され得る。ただし、チップ上に形成される最低限の接点個数は、6個で、4個の出力接点(ゾーン当たり1個)及び2個の入力接点(すべての検出電極及び基準電極に対して第1の入力信号(V)用に1個、またすべての検出電極及び基準電極に対して第2の入力信号(V)用に1個)である。 As a result, the first electrode (84', 94, 184', of each detection electrode pair (84, 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194') of the measurement cell (1), 194) is connected to the first input V + , while the first electrode (64,74') of each reference electrode pair (64, 64', 74, 74') is the second input. It is connected to V-. The second electrode (84,94') of each detection electrode pair (84, 84', 94, 94') and the second of each reference electrode pair (64, 64', 74, 74'). Electrodes (64', 74) are connected to the node from which the output signal (Out) is emitted. The electrodes (64, 64, 74, 74', 84, 84', 94, 94') are ring-shaped. Specifically, one end of each pair (64, 64', 74, 74', 84, 84', 94, 94') of electrodes (64, 74, 84, 94) has two open ends. Located in a concentric ring. The other (64', 74') of the electrodes (64', 74', 84', 94') of each pair (64, 64', 74, 74', 84, 84', 94, 94'). , 84', 94'), instead consists of a straight stretch and an open ring surrounding the straight stretch. This extension is configured to enter the inner ring at the end of the first electrode (64, 74, 84, 94) of the pair, and the open ring surrounding the straight extension is the first of the pair. It is configured to enter the space between the inner ring and the outer ring of the electrodes (64, 74, 84, 94) to be formed. Referring to FIG. 15, in a fourth embodiment of the apparatus of the present invention, which is also specifically intended for use in malaria, it is assumed that the apparatus (100) has all the same components as above. The concentrators (14, 14', 15) have the same geometry (ie, cylindrical shape) as the concentrators of the third and second embodiments. The measurement cell (1) has the same relative positioning between the above-mentioned detection electrode and the reference electrode (164, 164', 174, 174', 184, 184', 194, 194') as in the third embodiment. In the fourth embodiment, the reference electrode (164, 164', 174, 174') and the detection electrode (184, 184', 194, 194') are closely and alternately fitted, specifically, staggered two. It is characterized by the same layout as in the third embodiment, arranged in heavy strips. The only difference is the geometry of the electrodes. In the fourth embodiment, one end of the electrodes (164, 174, 184, 194) of each pair (164, 164', 174, 174', 184, 184', 194, 194') is open ring. It is in. The other one (164', 174') of the electrodes (164', 174', 184', 194') of each pair (164', 164', 174, 174', 184, 184', 194, 194'). , 184', 194'), instead consist of a closed ring configured to enter the open ring of the pair's first electrode (164, 174, 184, 194). Further, in the fourth embodiment, the substrate (11), thereby the structure of the detection electrode (184, 184', 194') and the structure of the reference electrode (164, 164', 174, 174') are separated by the substrate. It can be reproduced in the four zones (301, 302, 303, 304). To minimize the effects of short circuits that can occur between the electrodes during manufacturing, three separate contacts (Out, V + , V- ) can be used per zone with a total number of contacts equal to 12. .. However, the minimum number of contacts formed on the chip is 6, four output contacts (one per zone) and two input contacts (first for all detection and reference electrodes). One for the input signal (V + ) and one for the second input signal (V ) for all detection and reference electrodes).

(実例)
以下に述べる実例は、具体的にはマラリアにおける使用を目的とする、上記の第2の実施例による装置の特徴付けに関する。図8に描写の構造による基板は、160ミクロンの中心間間隔の六角格子に従って配置したNiコンセントレータ(直径40ミクロン、高さ20ミクロン)の配置を規定する。電極は、リング形状であり、厚み300nm、幅3ミクロン、間隔3ミクロンの金から作られている。外部電極は、外径40ミクロンを有し、具体的にはシリンダの縁上に、磁場の最大値及びその勾配の最大値があるので、電極における成分の捕捉の可能性を最大限にするために、Niコンセントレータに完全に重ね合わされている。電極とコンセントレータの上面との間に、SiOの絶縁層を3ミクロンの厚みで差し挟んでいる。基板と支持体との間隔は、厚みが40~500ミクロンでバラツキがある高分子容器リング(50)によって決まってくる。
(Illustration)
The embodiments described below relate to the characterization of the device according to the second embodiment above, specifically intended for use in malaria. The substrate with the structure depicted in FIG. 8 defines the placement of Ni concentrators (40 microns in diameter, 20 microns in height) arranged according to a hexagonal grid with an intercenter spacing of 160 microns. The electrodes are ring-shaped and are made of gold with a thickness of 300 nm, a width of 3 microns and an interval of 3 microns. The external electrode has an outer diameter of 40 microns, specifically on the edge of the cylinder, the maximum value of the magnetic field and the maximum value of its gradient, in order to maximize the possibility of capturing components in the electrode. It is completely superposed on the Ni concentrator. An insulating layer of SiO 2 is sandwiched between the electrode and the upper surface of the concentrator with a thickness of 3 microns. The distance between the substrate and the support is determined by the polymer container ring (50) having a thickness of 40 to 500 microns and varying.

分析対象の成分を含有する試料液滴を、閉じ込めリングが組み立て式に作られている支持体に投与し、最初に水平に上向きに置く。基板を閉じ込めリングを押すまで下げ、流体セルが画定されるのを可能にする密閉をもたらす。基板の面に対する垂線~重力加速度ベクトルである0~180°の角度αのバラツキを許す機械的装置内にセルを格納する。動力化線形運動により、磁石を制御式に基板へ近付け、基板から遠ざけ、それに応じて、成分の集中に比例している抵抗変化を測定することが可能になる。図1に示されるように構成されているNdFeB磁石は、測定セルに向かって基板の表面に近接している、すなわち、四角モジュールのモジュールと勾配とがそれぞれ、610Am-1、71014-3に等しい、2つの面する磁石の対称面において、磁石の表面から0.5mm間隔を空けた、磁場Hを生み出すことができる。 A sample droplet containing the component to be analyzed is administered to a support on which the confinement ring is assembled and first placed horizontally upwards. The substrate is lowered until the confinement ring is pushed, resulting in a seal that allows the fluid cell to be defined. The cell is housed in a mechanical device that allows variation in the angle α from 0 to 180 °, which is a vertical line to the gravitational acceleration vector with respect to the surface of the substrate. The motorized linear motion makes it possible to controlally move the magnet closer to the substrate and away from it, thereby measuring the resistance change proportional to the concentration of the components. The NdFeB magnet configured as shown in FIG. 1 is close to the surface of the substrate towards the measurement cell, i.e. the module of the square module and the gradient are 6 * 105 Am -1 , 7 respectively. * 10 14 A A magnetic field H can be generated on the plane of symmetry of two facing magnets, which is equal to A 2 m -3 , at a distance of 0.5 mm from the surface of the magnet.

マラリア診断の具体的な用途では、血漿に関する常磁性特性に関わりのある成分は、ヘモゾイン結晶と、いくつかのヘモゾイン結晶を含むマラリア原虫に感染した赤血球である。ヘモゾイン結晶も赤血球も、インペディメトリック検出に考えられる入力電圧信号など、数MHzの範囲でそれらに印加される入力電圧信号に対する絶縁体として振る舞う。ヘモゾインは、4.110-4S.I.単位に等しい、絶対正体積磁気感受率を有するが[M. Giacometti et al. APPLIED PHYSICS LETTERS 113、203703 (2018)]、感染した赤血球には、全体的に、さらに反磁性の挙動がある。ただし、感染した赤血球と血漿との感受率の差が、ヘモゾイン結晶の体積感受率よりも低いが、印加された磁場Hの該当する勾配でそれらの捕捉がもたらされるのに十分である、1.810-6程度になるように、体積感受率が血漿の体積磁化率よりも負ではない。2つの成分間の感受率の差が、それらを区別して、関わる力の概算に基づき、磁場勾配及び角度αの値を適切に選択することを可能にする。 In a specific application for malaria diagnosis, the components involved in the paramagnetic properties of plasma are hemozoin crystals and erythrocytes infected with Plasmodium including several hemozoin crystals. Both hemozoin crystals and red blood cells act as insulators to the input voltage signals applied to them in the range of several MHz, such as the input voltage signals considered for impedimetric detection. Hemozoin is 4.1 * 10 -4 S. I. It has an absolute positive volume magnetic sensitivity, which is equal to the unit, but [M. Giacometti et al. APPLIED PHYSICS LETTERS 113, 203703 (2018)], infected erythrocytes, as a whole, have more diamagnetic behavior. However, the difference in susceptibility between infected erythrocytes and plasma is lower than the volume susceptibility of hemozoine crystals, but sufficient to bring about their capture at the appropriate gradient of the applied magnetic field H. The volume susceptibility is not more negative than the volume magnetic susceptibility of plasma so that it is about 8 * 10-6 . The difference in susceptibility between the two components distinguishes them and allows the values of the magnetic field gradient and angle α to be appropriately selected based on an approximation of the forces involved.

赤血球体積VRBC=9.110-11cm-3、血球密度ρRBC=1.15gcm-3、血漿密度ρ=1.025gcm-3と仮定すると、1つの血球に掛かる重量力とアルキメデス力との和Fgb=(ρRBC-ρ)VRBCg(図3a)は、1.110-13Nに等しい結果になる。超常磁性粒子に掛かる磁力の式

Figure 2022517568000005

により、血球と血漿との感受率差Δχ=1.810-6[K.Han and A. B. Frazier、 J. Appl. Phys. 96(10)、 5797頁(2004)]と仮定すると、α=0°の場合のバランスFgbに必要なH勾配の値は、11015-3程度になる。 Assuming that the red blood cell volume V RBC = 9.1 * 10-11 cm -3 , blood cell density ρ RBC = 1.15 gcm -3 , and plasma density ρ P = 1.025 g cm -3 , the weight force and archimedes applied to one blood cell. The sum of the forces and F gb = (ρ RBC −ρ P ) V RBC g (Fig. 3a) gives a result equal to 1.1 * 10-13 N. Equation of magnetic force applied to superparamagnetic particles
Figure 2022517568000005

Therefore, the difference in susceptibility between blood cells and plasma Δχ = 1.8 * 10-6 [K. Hand and A. B. Frazier, J.M. Apple. Phys. Assuming 96 (10), p. 5797 (2004)], the value of the H2 gradient required for the balance F gb when α = 0 ° is about 1 * 10 15 A 2 m -3 .

1つの血漿懸濁ヘモゾイン結晶を対象に同様の概算がなされ得る。血漿に関して、平均体積VHC=2.210-14cm-3、密度ρHC=1.15gcm-3、感受率の差Δχ=4.110-4と仮定すると、ヘモゾインでは、バランスFgbに必要なH勾配の値が171013-3程度であることが得られる。 Similar estimates can be made for one plasma suspended hemozoin crystal. Assuming that the average volume V HC = 2.2 * 10-14 cm -3 , the density ρ HC = 1.15 gcm -3 , and the difference in susceptibility rate Δχ = 4.1 * 10 -4 for plasma, the balance in hemozoin It can be obtained that the value of the H 2 gradient required for F gb is about 17 * 10 13 A 2 m -3 .

したがって、これらの概算から、角度α=0では、磁気泳動力が重力及びアルキメデス力の合力に反平行する場合、考えられる特定の磁石によってもたらされるH2勾配(磁石が0.5mm厚の基板の背面に座っている場合の基板の電極の表面における71014-3)が、マラリアに感染した赤血球ではなくヘモゾイン結晶を引き付けることができるという結果になる。 Therefore, from these estimates, at an angle α = 0, the H2 gradient (magnet is 0.5 mm thick back surface of a substrate) provided by a particular magnet that is considered when the magnetic force is antiparallel to the resultant force of gravity and Archimedes forces. The result is that 7 * 10 14 A 2 m -3 ) on the surface of the substrate's electrodes when sitting on the substrate can attract hemozoin crystals rather than malaria-infected erythrocytes.

診断テストにおいて予想された血液希釈をシミュレートするためにPBSによる血漿希釈1:10におけるヘモゾイン結晶の懸濁液において角度α=0で実施された実験では、事実、1ng/mlに等しいヘモゾイン濃度まで、雑音から区別できる、基板の電極間の抵抗の純変化を測定する可能性を示した。マラリアに感染した赤血球内に、約18個のヘモゾイン結晶があると仮定すると、検出される濃度は、ちょうどマラリア熱性発作があった患者に典型的である、0.2%(病気の赤血球と健康な赤血球との百分率)の寄生虫血症に相当する。 In experiments performed at an angle α = 0 in a suspension of hemozoin crystals at plasma dilution 1:10 with PBS to simulate the expected blood dilution in the diagnostic test, in fact, to a hemozoin concentration equal to 1 ng / ml. , Showed the possibility of measuring the net change in resistance between the electrodes of the substrate, which can be distinguished from noise. Assuming that there are about 18 hemozoin crystals in the malaria-infected red blood cells, the detected concentration is 0.2% (sick red blood cells and health, just typical of patients with malaria febrile attacks. Corresponds to malaria (percentage of red blood cells).

同じ条件(角度α=0)の下、マラリア感染の赤血球モデルが得られるようにする、常磁性メトヘモグロビンへのヘモグロビンの形質転換を誘導するための、NaNOで処理した赤血球の試料に対する測定では、雑音から区別できる信号がないことを示した。処理済み赤血球(t-RBC)に、感染した血球の磁気感受率の2倍である血漿に対する磁気感受率の差がある場合でさえ(Δχ=3.610-6)、[Nam、 Jeonghun、Hui Huang、 Hyunjung Lim、 Chaeseung Lim、 Sehyun Shin. Analytical Chemistry 85、 n. 15、 7316~23頁 (2013)]、赤血球の特性を対象に一覧にされた値からのどのような非理想性も偏差も、捕捉がない、よって電気信号がないことを十分に証明することができるように、重力と浮力との釣り合いを取るのに必要なH2勾配(51014-3)は、磁石によってもたらされるH2勾配(71014-3)に酷似している。 Measurements of NaNO 2 treated erythrocyte samples to induce hemoglobin transformation into paramagnetic methemoglobin, which allows an erythrocyte model of malaria infection to be obtained under the same conditions (angle α = 0). , Showed that there is no signal distinguishable from noise. Even when treated red blood cells (t-RBC) have a difference in magnetic sensitivity to plasma, which is twice the magnetic sensitivity of infected blood cells (Δχ = 3.6 * 10-6 ), [Nam, Jeonghun. , Hui Hung, Hyunjung Lim, Plasmaung Lim, Sehyun Shin. Analytical Chemistry 85, n. 15, 7316-23 (2013)], to fully prove that there is no capture, and thus no electrical signal, of any non-idealism or deviation from the values listed for the properties of red blood cells. The H2 gradient (5 * 10 14 A 2 m -3 ) required to balance gravity and buoyancy is the H2 gradient (7 * 10 14 A 2 m -3 ) brought about by the magnet. It's very similar.

磁力に対抗する重量力及び浮力成分が事実上ゼロである、90°に近い角度αでは状況が変わる。実際の閾値がもうないので、ヘモゾインも赤血球も、巨視的磁場勾配によって基板へ引き付けられ、それにより、それらの下方滑り運動中に局所勾配によってコンセントレータ上に集中する。 The situation changes at an angle α close to 90 °, where the weight and buoyancy components that oppose the magnetic force are virtually zero. Since there is no actual threshold anymore, both hemozoin and erythrocytes are attracted to the substrate by the macroscopic magnetic field gradient, thereby concentrating on the concentrator by the local gradient during their downward sliding motion.

ヘモゾインでは、集中の関数として検出された信号の値は、引き付け及び集中がα=0の場合にすでに極めて有効であることから、大幅にはばらつかない。したがって、1ng/ml程度のα=0で見られる検出限界に酷似している検出限界がα=90°で得られる。 In hemozoin, the value of the signal detected as a function of concentration does not vary significantly because it is already very effective when the attraction and concentration are α = 0. Therefore, a detection limit very similar to the detection limit found at α = 0 of about 1 ng / ml is obtained at α = 90 °.

処理済み赤血球では、代わりに、血液1μl当たり約250個の寄生虫に相当する、0.005%程度の検出限界(LOD:Limit Of Detection)が得られるようにする、より関連性の高い信号が得られる。1MHzの入力信号(V及びV)の周波数では、赤血球には絶縁挙動があり、それにより、測定されたΔR/Rインピーダンスの抵抗成分の変化が、コンセントレータ電極上のそれが占める体積分率に比例する。それにより、赤血球のヘモゾインよりも大きな体積が、どのようにより広い範囲の信号に導くことができるかが明らかになる。 In treated red blood cells, instead, there is a more relevant signal that allows a detection limit (LOD: Limit Of Detection) of around 0.005%, which corresponds to about 250 parasites per μl of blood. can get. At frequencies of 1 MHz input signals (V + and V- ) , erythrocytes have an insulating behavior, so that the change in the measured resistance component of the ΔR / R impedance is the volume fraction it occupies on the concentrator electrode. Is proportional to. It reveals how a larger volume of red blood cell hemozoin can lead to a wider range of signals.

図10は、基板からの磁石の遠ざかりに従って、すなわち電極に付着した赤血球の解放中に、試料の等価寄生虫血症レベルの関数として、測定された抵抗の百分率変化を点及び実線で示す。診断テストがPBS(1:10 vol-vol)において患者の血液を希釈することを伴うことを考えると、試料は、以下のように、寄生虫血症と相関している可能性のある集中低下において、血漿とPBSとの溶液(1:10)におけるNaNO処理済み赤血球の懸濁液から成っていた。1:10希釈血液では、ヘマトクリットが4%程度であるため、χを試料におけるt-RBCの百分率体積分率とすると、等価寄生虫血症は、χ/4である。 FIG. 10 shows the percentage change in resistance measured as a function of the equivalent parasitemia level of the sample according to the distance of the magnet from the substrate, i.e. during the release of red blood cells attached to the electrodes, with dots and solid lines. Given that the diagnostic test involves diluting the patient's blood in PBS (1:10 vol-vol), the sample is less concentrated, which may correlate with parasitemia, as follows: Consists of a suspension of NaNO 2 treated erythrocytes in a solution of plasma and PBS (1:10). Since hematocrit is about 4% in 1:10 diluted blood, the equivalent parasitemia is χ / 4, where χ is the percentage volume fraction of t-RBC in the sample.

また図10では、点線は、0.4%ヘマトクリットの血漿及びPBS(1:10 vol-vol)において再懸濁された未処理の赤血球の試料で測定されたΔR/R信号に相当する。この信号は、一部が偽陽性に、また一部が磁石の動きによって誘導された偽の変動に対応しているが、それを下回ると有意な測定を何も行うことができない信号下限を成す。見て分かるように、測定されたΔR/R信号は、試料の寄生虫血症が30年を超える長きにわたる、ほぼ線形の動向に従い、これにより、寄生虫血症そのものの定量化を可能にする。2つの曲線の交差からもたらされる検出限界は、血液1μl当たり0.05%程度の、又は約250個の寄生虫であり、マラリアを対象とした現在の素早い診断テストのLODに相当する。ただし、これらと対照的に、本特許出願の対象であるテストは、薬物治療に続く疾病の診断の段階及びモニタリングの段階に有用である、寄生虫血症の定量的概算を可能にする。 Also in FIG. 10, the dotted line corresponds to the ΔR / R signal measured in 0.4% hematocrit plasma and a sample of untreated red blood cells resuspended in PBS (1:10 vol-vol). This signal corresponds to some false positives and some to false fluctuations induced by the movement of the magnet, but below that it forms the lower limit of the signal from which no significant measurements can be made. .. As can be seen, the measured ΔR / R signal follows a nearly linear trend of sample parasitemia over a long period of more than 30 years, thereby allowing quantification of parasitemia itself. .. The detection limit resulting from the intersection of the two curves is about 0.05% per μl of blood, or about 250 parasites, which corresponds to the LOD of the current rapid diagnostic test for malaria. However, in contrast, the tests covered by this patent application allow for a quantitative estimation of parasitemia, which is useful in the diagnostic and monitoring stages of the disease following drug treatment.

検出限界に対する角度αの影響は、図12に示すように、75°、90°、及び105°の角度で実施された実験において研究されてきた。これは、0.5%の等価寄生虫血症のt-RBC試料において測定されたΔR/R信号と、偽陽性に対応する、0.4%ヘマトクリットの血漿及びPBS(1:10 vol-vol)において再懸濁された未処理の赤血球の試料で測定されたΔR/R信号との比を示す。このテストの真/非特異性信号比に対応する可能性のあるこの比は、90°で最大だが、これより大きな又は小さな角度では下がる。75°では、重力には、偽陽性の信号が減るだけではなく、真の信号が処理された信号に対応することができ、結果として、比率が下がるように、磁力に対抗する成分がまだある。105°では、真の信号だけではなく、非特異性信号も増えるように、重力が、すべての健康な血球及び処理対象の血球を基板の電極に向かわせる一因となる。ただし、この場合ではまた、信号対雑音比が下がる。最終的に、実施された分析では、真の信号と非特異性信号との比を最大限にするのに90°の角度が好ましいことを示している。 The effect of angle α on the detection limit has been studied in experiments performed at angles of 75 °, 90 °, and 105 °, as shown in FIG. This is the ΔR / R signal measured in a 0.5% equivalent parasitemia t-RBC sample and 0.4% hematocrit plasma and PBS (1:10 vol-vol) corresponding to false positives. ) Shows the ratio to the ΔR / R signal measured in the sample of untreated red blood cells resuspended in. This ratio, which may correspond to the true / non-specific signal ratio of this test, is maximum at 90 °, but decreases at larger or smaller angles. At 75 °, gravity not only reduces false-positive signals, but can also accommodate signals that have been processed with true signals, and as a result, there is still a component that opposes the magnetic force so that the ratio is reduced. .. At 105 °, gravity contributes to directing all healthy blood cells and blood cells to be treated towards the electrodes of the substrate so that not only the true signal but also the non-specific signal increases. However, in this case, the signal-to-noise ratio also decreases. Finally, the analysis performed shows that a 90 ° angle is preferred to maximize the ratio of the true signal to the non-specific signal.

スペーサ要素の厚みによって画定される、流体測定セルの高さ(δ)は、そのものが、真の信号と非特異性信号との比を上げるように最適化される必要がある。図11は、セルの高さが40、80、及び500ミクロンの場合で、磁石からの2回目の遠ざかる動きの後に測定された電流信号の振幅を示す。見て分かるように、正味信号は、セルにもっと血球があるという事実にも関わらず、厚みが増すにつれて減る。これは、ここに示す実例では、セルを閉じるのに必要な通常の時間(3分)内に基板に定着し、電気的接触をもたらし、信号を安定させ、磁石を閉じさせることによって測定を開始する時間が血球にあるように、試料が、セルが水平の状態で(α=0)装填される。δ=500ミクロンの場合でさえ、2ミクロン/秒の通常の沈殿率という事実を考えると、基板からの少なくとも360ミクロンの厚みが、血球がなくなって空になる。これは、試料が近付いた時点で、血球がδ=40ミクロンの場合よりも離れ、それにより、それらの滑り運動中の捕捉がそれほど効果的ではないことを意味する。そのため、この分析では、本実例に採用されたプロトコルに従えば、信号を増やすのに一番の条件がδ=40ミクロンに対応することを示している。 The height (δ) of the fluid measurement cell, defined by the thickness of the spacer element, needs to be optimized by itself to increase the ratio of the true signal to the non-specific signal. FIG. 11 shows the amplitude of the current signal measured after the second distant movement from the magnet for cell heights of 40, 80, and 500 microns. As you can see, the net signal decreases with increasing thickness, despite the fact that there are more blood cells in the cell. In the example shown here, the measurement is initiated by anchoring to the substrate within the normal time (3 minutes) required to close the cell, providing electrical contact, stabilizing the signal and closing the magnet. The sample is loaded with the cell horizontal (α = 0) so that the blood cells have time to do so. Even with δ = 500 microns, given the fact that a normal precipitation rate of 2 microns / sec, the thickness of at least 360 microns from the substrate is empty with no blood cells. This means that when the samples approach, the blood cells are farther apart than in the case of δ = 40 microns, which means that their capture during sliding is less effective. Therefore, this analysis shows that according to the protocol adopted in this example, the best condition for increasing the signal corresponds to δ = 40 microns.

セル厚の増加、それによるそれに含まれる血球個数の増加が、血球の初期血沈が避けられた場合、適切な攪拌によって、又は初めに角度α=180°にデバイスを置くことによって、代わりに活かされてもよい。このようにして、基板に近接して血球を集中させ、重力によって誘導される滑り運動を活かして、健康な赤血球をコンセントレータから遠ざけ、代わりに罹患した赤血球を捕捉することが可能と考えられる。 The increase in cell thickness, and thereby the increase in the number of blood cells contained therein, can be leveraged instead by proper agitation, if the initial erythrocyte sedimentation rate of blood cells is avoided, or by initially placing the device at an angle α = 180 °. May be. In this way, it may be possible to concentrate blood cells in close proximity to the substrate and utilize gravity-induced sliding motion to keep healthy red blood cells away from the concentrator and instead capture the affected red blood cells.

最後に、どのように、非常に動的な信号が、信号そのものの性質を区別できるようにさせる情報に富むようになるかが分かるはずである。α=90°、δ=40ミクロンの場合、捕捉時間τに相当する、磁石の接近に従う動的な信号には、健康な(未処理)血球による4%ヘマトクリットの試料に対応する偽陽性信号の場合は、80秒の値、また0.5%の寄生虫血症に相当する体積分率の処理された赤血球の試料の場合は、150秒の値がある。この差は、それぞれ、20秒、60秒の解放時間τの場合にも残る。特有の力学が分かっているので、例えば、このシステムの偽陽性により又は他の変動により、偽のインピーダンス変化を特定することが可能である。 Finally, you should see how a highly dynamic signal becomes rich in information that makes it possible to distinguish the nature of the signal itself. At α = 90 °, δ = 40 microns, the dynamic signal following the approach of the magnet, which corresponds to the capture time τC , is a false positive signal corresponding to a sample of 4% hematocrit with healthy (untreated) blood cells. In the case of, there is a value of 80 seconds, and in the case of a sample of treated red blood cells having a volume fraction corresponding to 0.5% parasitemia, there is a value of 150 seconds. This difference also remains for the release times τR of 20 seconds and 60 seconds, respectively. Since the specific mechanics are known, it is possible to identify false impedance changes, for example by false positives in this system or by other variations.

Claims (17)

流体中の生体成分(3、3’、3’’)を定量化する装置(100)であって、
- 測定セル(1)であって、
・複数の検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)、
・定量化する前記成分(3、3’、3’’)を磁気的に引き付け、前記成分を前記検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)上に集結させるように構成された少なくとも1つのコンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)であって、前記検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)は前記少なくとも1つのコンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)に近接して配置される、少なくとも1つのコンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)、
・前記少なくとも1つのコンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)に近接しないように配置される少なくとも1つの基準電極対(7、7’、8、8’、9、9’、37、37’、64、64’、74、74’、164、164’、174’)、
・前記検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)、前記基準電極(7、7’、8、8’、9、9’、37、37’、64、64’、74、74’、164、164’、174’)、及び前記コンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)を収容する基板(11)であって、前記セル(1)の外部を向いた第1の表面(11’)と、前記セル(1)の内部を向いた第2の表面(11’’)をと有する基板(11)、
・前記セル(1)の外部を向いた第1の表面(12’)と、前記セル(1)の内部を向いた第2の表面(12’’)であって、前記基板(11)の前記第2の表面(11’’)に対向している第2の表面(12’’)とを有する支持体(12)、
・試料を閉じ込め、且つ前記基板(11)を前記支持体(12)から離す、少なくとも1つのスペーサ要素(13、13’)、及び
・前記電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)と電子ボード(202)の間に電気的接触を作る前記セル(1)の機械的ハウジング(600)
を有する、測定セル(1)と、
- 前記ボード(202)に接続された電子ユニット(201)であって、入力信号の生成と、出力信号の増幅と、前記検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)間のインピーダンス、前記基準電極(7、7’、8、8’、9、9’、37、37’、64、64’、74、74’、164、164’、174’)間のインピーダンス、又はそれらの差の測定と、ユーザ・インターフェースとの通信とのために構成された電子ユニット(201)と、
- 時間変動強度及び時間変動勾配を有する磁場を発生するための手段(101、102、103)と
を有する装置(100)において、
前記手段は、前記コンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)の飽和磁場よりも高い前記磁場の強度の最大値まで、時間変動を作り出すように構成され、また前記手段は、前記コンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’、15)と共同して、
- 定量化する前記成分(3、3’、3’’)の、溶液の残りの部分からの分離と、
- 定量化する前記成分(3、3’、3’’)の、前記検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)上への集結と
を引き起こすことができる磁場を発生させるように構成されている
ことを特徴とする、装置(100)。
A device (100) for quantifying biological components (3, 3', 3'') in a fluid.
-Measurement cell (1)
Multiple detection electrodes (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194'),
The component (3, 3', 3'') to be quantified is magnetically attracted, and the component is attracted to the detection electrode (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84'. , 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194') at least one concentrator (10, 10', 10'', 14, 14', 14') configured to assemble. , 15), and the detection electrodes (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194'. ) Is placed in close proximity to the at least one concentrator (10, 10', 10'', 14, 14', 14'', 15), at least one concentrator (10, 10', 10'', 14, 14', 14'', 15),
-At least one reference electrode pair (7, 7', 8, 8) arranged so as not to be close to the at least one concentrator (10, 10', 10'', 14, 14', 14'', 15). ', 9, 9', 37, 37', 64, 64', 74, 74', 164, 164', 174'),
The detection electrode (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194'), the reference electrode ( 7, 7', 8, 8', 9, 9', 37, 37', 64, 64', 74, 74', 164, 164', 174'), and the concentrator (10, 10', 10' A substrate (11) for accommodating', 14, 14', 14'', 15), the first surface (11') facing the outside of the cell (1), and the cell (1). Substrate (11) with a second surface (11 ″) facing inward,
A first surface (12') facing the outside of the cell (1) and a second surface (12 ″) facing the inside of the cell (1) of the substrate (11). A support (12) having a second surface (12 ″) facing the second surface (11 ″),
At least one spacer element (13, 13') that traps the sample and separates the substrate (11) from the support (12), and the electrodes (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194') and the mechanical of the cell (1) that makes electrical contact between the electronic board (202). Housing (600)
With the measurement cell (1) and
-An electronic unit (201) connected to the board (202), which generates an input signal, amplifies an output signal, and detects electrodes (4, 4', 5, 5', 6, 6', Impedance between 34, 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194, 194'), said reference electrode (7,7', 8,8', 9,9', 37, An electronic unit (201) configured for measuring impedances between 37', 64, 64', 74, 74', 164, 164', 174'), or their differences, and communicating with a user interface. )When,
-In the device (100) having means (101, 102, 103) for generating a magnetic field having a time variation intensity and a time variation gradient.
The means are configured to create time variability up to the maximum intensity of the magnetic field above the saturated magnetic field of the concentrator (10, 10', 10'', 14, 14', 14'', 15). Also, the means, in collaboration with the concentrator (10, 10', 10'', 14, 14', 14'', 15),
-Separation of the quantified component (3, 3', 3'') from the rest of the solution,
-The detection electrodes (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', 94, 94'of the component (3, 3', 3'') to be quantified. ', 184, 184', 194, 194'), the apparatus (100), characterized in that it is configured to generate a magnetic field that can cause aggregation on.
前記測定セル(1)は、検出電極の各対(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’、84、84’、94、94’、184、184’、194、194’)に対して少なくとも1つの基準電極対(7、7’、8、8’、9、9’、37、37’、64、64’、74、74’、164、164’、174’)を有する、請求項1に記載の装置(100)。 The measurement cell (1) is a pair of detection electrodes (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34', 84, 84', 94, 94', 184, 184', 194. , 194') with respect to at least one reference electrode pair (7, 7', 8, 8', 9, 9', 37, 37', 64, 64', 74, 74', 164, 164', 174. ') The apparatus (100) according to claim 1. 前記測定セル(1)は、前記セル(1)の前記基板(11)に対する法線と、重力加速度ベクトルとの間の角度が0°~180°であるような傾斜位置に固定されている、請求項1又は2に記載の装置(100)。 The measurement cell (1) is fixed at an inclined position such that the angle between the normal of the cell (1) with respect to the substrate (11) and the gravitational acceleration vector is 0 ° to 180 °. The device (100) according to claim 1 or 2. 前記測定セル(1)の前記基板(11)に対する法線と、重力加速度ベクトルとの間の角度を0°~180°で変動させるように構成された機械的システムを有する、請求項1又は2に記載の装置(100)。 Claim 1 or 2 having a mechanical system configured to vary the angle between the normal of the measurement cell (1) with respect to the substrate (11) and the gravitational acceleration vector from 0 ° to 180 °. The device (100) according to. 生体試料の希釈及び前記測定セル(1)内の移送のために構成された前投与流体(501)を備えるマイクロ流体システムを有する、請求項1から4までのいずれか一項に記載の装置(100)。 The apparatus according to any one of claims 1 to 4, comprising a microfluidic system comprising a pre-administration fluid (501) configured for dilution of a biological sample and transfer within said measurement cell (1). 100). 前記マイクロ流体システムは、
- カートリッジ(503)上での、流体試料(500)の採取及び前投与流体(501)による希釈のための手段と、
- 前記測定セル(1)内での希釈された前記流体試料(500)の移送のための手段(504)と
を有している、請求項5に記載の装置。
The microfluidic system
-Means for collecting the fluid sample (500) and diluting it with the pre-administered fluid (501) on the cartridge (503).
5. The apparatus of claim 5, comprising means (504) for transferring the diluted fluid sample (500) within the measurement cell (1).
前記マイクロ流体システムは、前記生体試料の抗凝固ために構成されており、前記生体試料は血液を含んでいる、請求項5又は6に記載の装置。 The device according to claim 5 or 6, wherein the microfluidic system is configured for anticoagulation of the biological sample, wherein the biological sample contains blood. 前記マイクロ流体システムは前記測定セル(1)と一体化されており、前記マイクロ流体システムは前記機械的ハウジング(600)に少なくとも部分的に含まれている、請求項4又は5に記載の装置。 The device of claim 4 or 5, wherein the microfluidic system is integrated with the measurement cell (1) and the microfluidic system is at least partially contained in the mechanical housing (600). 前記少なくとも1つのスペーサ要素(13、13’)は、前記成分(3、3’、3’’)を前記電極のゾーン内に運ぶように適切に形作られたリングの形態である、請求項1から8までのいずれか一項に記載の装置(100)。 The at least one spacer element (13, 13') is in the form of a ring appropriately shaped to carry the component (3, 3', 3'') into the zone of the electrode. The apparatus (100) according to any one of 1 to 8. 磁場を発生するための前記手段(101、102、103)は、前記基板(11)のところで、磁場を発生するための前記手段(101、102、103)の接近/後退の線形運動によって、前記磁場の時間変動を作り出すように構成されている、請求項9に記載の装置(100)。 The means (101, 102, 103) for generating a magnetic field said at the substrate (11) by the linear motion of approach / retreat of the means (101, 102, 103) for generating a magnetic field. The device (100) according to claim 9, which is configured to create a time variation of the magnetic field. 磁場を発生するための前記手段(101、102、103)は、
- 四角又は多角形の基部を備えた平行六面体であって、前記基部に直角に磁化された平行六面体の形態である2つの永久磁石(101、102)と、
- 同じ極性を有する前記磁石の前記基部の間で、前記2つの永久磁石(101、102)の間に配置されたマイルドな強磁性材の薄板(103)であって、前記2つの磁石(101、102)の組立体の対称面内に磁場線を集中させるように構成された薄板(103)と
を有している、請求項1から10までのいずれか一項に記載の装置(100)。
The means (101, 102, 103) for generating a magnetic field are
-Two permanent magnets (101, 102), a parallelepiped with a square or polygonal base, in the form of a parallelepiped magnetized at right angles to the base.
-A mild ferromagnetic thin plate (103) arranged between the two permanent magnets (101, 102) between the bases of the magnets having the same polarity, the two magnets (101). , 102) The apparatus (100) according to any one of claims 1 to 10, further comprising a thin plate (103) configured to concentrate magnetic field lines in the plane of symmetry of the assembly. ..
- 前記測定セル(1)の検出電極の各対(34、34’)のうちの第1の電極(34)が、第1の接続軌道(44)によって第1の入力に接続され、
- 各基準電極対(37、37’)のうちの第1の電極(37)が、第2の接続軌道(47)によって第2の入力に接続され、
- 検出電極の各対(34、34’)のうちの第2の電極(34’)がノードに接続され、前記ノードから、出力信号(Out)が、第3の接続軌道(44’)によって発せられ、
- 各基準電極対(37、37’)のうちの第2の電極(37’)がノードに接続され、前記ノードから、前記出力信号(Out)が、第4の接続軌道(47’)によって発せられ、
前記接続軌道(44、44’、47、47’)の各軌道の上には絶縁層(40、40’、50、50’)が配置され、前記絶縁層(40、40’、50、50’)は、前記接続軌道(44、44’、47、47’)の間のインピーダンスを高くするような誘電率及び厚みを有し、それにより前記インピーダンスの作用を無視できるようにする、請求項2から11までのいずれか一項に記載の装置(100)。
-The first electrode (34) of each pair (34, 34') of the detection electrodes of the measurement cell (1) is connected to the first input by the first connection trajectory (44).
-The first electrode (37) of each reference electrode pair (37, 37') is connected to the second input by a second connection trajectory (47).
-A second electrode (34') of each pair of detection electrodes (34, 34') is connected to a node, from which an output signal (Out) is delivered by a third connection trajectory (44'). Emitted,
-The second electrode (37') of each reference electrode pair (37, 37') is connected to the node, from which the output signal (Out) is delivered by the fourth connection trajectory (47'). Emitted,
An insulating layer (40, 40', 50, 50') is arranged on each track of the connecting track (44, 44', 47, 47'), and the insulating layer (40, 40', 50, 50') is arranged. ') Have a dielectric constant and a thickness such as to increase the impedance between the connecting trajectories (44, 44', 47, 47'), thereby making the effect of the impedance negligible. The device (100) according to any one of 2 to 11.
前記基板(11)は、少なくとも2つのパートに分けられ、第1のパートが、前記検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’)及び前記検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’)に近接した前記コンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’)を担持し、且つ磁場を発生するための前記手段(101、102、103)の対称面に対して中心合せされ、また第2のパートが、前記基準電極(7、7’、8、8’、9、9’、37、37’)のみを担持し、それにより前記基準電極(7、7’、8、8’、9、9’、37、37’)は、検出電極(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’)よりも低い磁場を受ける、請求項2から12までのいずれか一項に記載の装置(100)。 The substrate (11) is divided into at least two parts, the first part being the detection electrode (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34') and the detection electrode (4, 4', 5', 6, 6', 34, 34'). The concentrator (10, 10', 10'', 14, 14', 14'') in close proximity to 4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34') is carried and the magnetic field is applied. Is centered on the plane of symmetry of the means (101, 102, 103) for generating, and the second part is the reference electrode (7,7', 8,8', 9,9', Only 37,37') is carried so that the reference electrode (7,7', 8,8', 9,9', 37,37') is the detection electrode (4, 4', 5, 5'). , 6, 6', 34, 34'), the apparatus (100) according to any one of claims 2 to 12, which receives a magnetic field lower than that of (6, 6', 34, 34'). 前記基板(11)の少なくとも1つのパートが、磁場を発生するための前記手段(101、102、103)の対称面(801)に対して中心合せされ、前記パートは、
- 前記検出電極(84、84’、94、94’)及び前記基準電極(64、64’、74、74’)が平均して同じ磁場、変動及びドリフトに曝されるように交互嵌合された前記検出電極(84、84’、94、94’)及び前記基準電極(64、64’、74、74’)と、
- 前記検出電極(84、84’、94、94’)に近接した前記コンセントレータ(10、10’、10’’、14、14’、14’’)と
を担持している、請求項2から11までのいずれか一項に記載の装置(100)。
At least one part of the substrate (11) is centered on the plane of symmetry (801) of the means (101, 102, 103) for generating a magnetic field, and the part is
-The detection electrodes (84, 84', 94, 94') and the reference electrodes (64, 64', 74, 74') are alternately mated so as to be exposed to the same magnetic field, fluctuation and drift on average. With the detection electrode (84, 84', 94, 94') and the reference electrode (64, 64', 74, 74'),
-From claim 2, which carries the concentrator (10, 10', 10'', 14, 14', 14'') in the vicinity of the detection electrode (84, 84', 94, 94'). 11. The apparatus (100) according to any one of up to 11.
前記少なくとも1つの検出電極対(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’)のうちの前記第1の電極(4、5、6、34)、及び前記少なくとも1つの検出電極対(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’)のうちの前記第2の電極(4’、5’、6’、34’)が、10~300nmの基部及び1~3μmの高の矩形断面を有する、請求項12に記載の装置(100)。 The first electrode (4, 5, 6, 34) of the at least one detection electrode pair (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34'), and the at least one. The second electrode (4', 5', 6', 34') of the two detection electrode pairs (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34') is 10 to 10 to. 12. The apparatus (100) of claim 12, which has a base of 300 nm and a rectangular cross section as high as 1-3 μm. 前記少なくとも1つの検出電極対(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’)のうちの前記第1の電極(4、5、6、34)と前記少なくとも1つの検出電極対(4、4’、5、5’、6、6’、34、34’)のうちの前記第2の電極(4’、5’、6’、34’)との間隔が、1~5μmである、請求項15に記載の装置(100)。 The first electrode (4, 5, 6, 34) of the at least one detection electrode pair (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34') and the at least one. The distance between the detection electrode pair (4, 4', 5, 5', 6, 6', 34, 34') and the second electrode (4', 5', 6', 34') is The apparatus (100) according to claim 15, which is 1 to 5 μm. 前記少なくとも1つのコンセントレータ(14、14’、14’’、15)が、円筒形状であり、前記コンセントレータ(14、14’、14’’、15)の基部表面の直径が、10~50μmであり、前記コンセントレータ(14、14’、14’’、15)の高さが、10~50μmであり、前記コンセントレータ(14、14’、14’’、15)間の間隔が、50~150μmである、請求項12から17までのいずれかに記載の装置(100)。 The at least one concentrator (14, 14', 14'', 15) has a cylindrical shape, and the diameter of the base surface of the concentrator (14, 14', 14'', 15) is 10 to 50 μm. , The height of the concentrator (14, 14', 14'', 15) is 10 to 50 μm, and the distance between the concentrators (14, 14', 14'', 15) is 50 to 150 μm. , The apparatus (100) according to any one of claims 12 to 17.
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